Question

【題目】有機物的反應往往伴隨副反應發生，因此需要分離提純。有一種水果香精的合成步驟如下：

Ⅰ合成：

在干燥的圓底燒瓶中加11.5mL(9.3g，0.125mol)正丁醇、7.2mL(7.5g，0.125mol)冰醋酸（乙酸）和3~4滴濃H2SO4，搖勻后，加幾粒沸石，再按圖1所示裝置安裝好。在分水器中預先加入5.00mL水，其水面低于分水器回流支管下沿3~5mm，然后用小火加熱，反應大約40min。

Ⅱ分離提純：

①當分水器中的液面不再升高時，冷卻，放出分水器中的水，把反應后的溶液與分水器中的酯層合并，轉入分液漏斗中，用10mL10%碳酸鈉溶液洗至酯層無酸性(pH=7)，充分振蕩后靜置，分去水層。

②將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無水硫酸鎂干燥（生成MgSO47H2O晶體）

③將乙酸正丁酯粗產品轉入50mL蒸餾燒瓶中，加幾粒沸石進行常壓蒸餾，收集產品，主要試劑及產物的物理常數如下：

化合物	正丁醇	冰醋酸	乙酸正丁酯	正丁醚
密度/(g/mL)	0.810	1.049	0.882	0.7689
沸點/℃	117.8	118.1	126.1	143
在水中的溶解性	易溶	易溶	難溶	難溶

制備過程中還可能與的副反應有2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O

根據以上信息回答下列問題：

（1）寫出合成乙酸正丁酯的化學方程式____________。

（2）如圖1整個裝置可看作由分水器、圓底燒瓶和冷凝管組成，其中冷水應從______(填a或b)管口通入。

（3）步驟①中碳酸鈉溶液的作用主要是除去硫酸、_________、___________。

（4）在操作步驟②后(即酯層用無水硫酸鎂干燥后)，應先___________(填實驗操作名稱)，然后將乙酸正丁酯粗產品轉入蒸餾燒瓶中，如果蒸餾裝置如圖2所示，則收集到的產品中可能混有___________________雜質。

（5）步驟③的常壓蒸餾，需控制一定的溫度，你認為在_______中加熱比較合適(請從下列選項中選擇)。

A．水 B．甘油(沸點290℃) C．石蠟油(沸點200~300℃) D．沙子

（6）反應結束后，若放出的水為6.98mL(水的密度為1g/mL)，則正丁醇的轉化率約為_______。

Answer 1

【答案】CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O b 乙酸 正丁醇 過濾 正丁醚 BC 88%

【解析】

（1）正丁醇與冰醋酸在濃H2SO4加熱條件下發生酯化反應生成乙酸正丁酯和水；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，有利于冷卻；
（3）乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇、正丁醚和硫酸雜質，其中正丁醇、硫酸易溶于水，而乙酸正丁酯、正丁醚難溶于水，乙酸可與飽和碳酸鈉反應，以此解答該題；
（4）酯層用無水硫酸鎂干燥后，應過濾除去干燥劑；反應中發生副反應得到正丁醚，而正丁醚難溶于水，正丁醇、硫酸、醋酸已經除去，制備的物質中含有正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸點是126.1℃，選擇沸點稍高的液體加熱；
（6）計算生成水的質量，根據方程式計算參加反應正丁醇的產量，正丁醇的利用率=100%。

（1）正丁醇與冰醋酸在濃H2SO4加熱條件下發生酯化反應生成乙酸正丁酯和水，化學方程式為CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O，
故答案為：CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，其中冷水應從b管口通入，從a管中流出，有利于冷卻，
故答案為：b；
（3）根據反應的原理和可能的副反應，乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇、正丁醚和硫酸雜質，乙酸正丁酯、正丁醚不溶于飽和碳酸鈉溶液，而正丁醇、硫酸易溶，乙酸可與碳酸鈉反應而被吸收，可用飽和碳酸鈉溶液除去乙酸正丁酯中乙酸、正丁醇和硫酸雜質，

故答案為：乙酸、正丁醇；
（4）酯層用無水硫酸鎂干燥后，應過濾除去干燥劑；正丁醇、硫酸和乙酸易溶于水，在用水洗、10%碳酸鈉溶液洗時，已經被除去，正丁醚與乙酸正丁酯互溶，水洗和10%碳酸鈉溶液洗時不能除去，所以蒸餾時會有少量揮發進入乙酸正丁酯中，則乙酸正丁酯的雜質為正丁醚，
故答案為：過濾；正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸點是126.1℃，選擇沸點稍高的液體加熱，所以可以在甘油和石蠟油中加熱，水的沸點為100℃，低于乙酸正丁酯的沸點，用砂子加熱溫度太高不易控制且浪費能源，
故選：BC；
（6）反應結束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1gmL -1），則反應生成的水為6.98mL-5.00mL=1.98mL，即1.98g，設參加反應的正丁醇為x，

74 18

x 1.98g

則x= ==8.14g，
則正丁醇的轉化率= =100%=×100%=88%，
故答案為：88%。