Question

實驗室可用冰醋酸（CH₃COOH）和異戊醇（）合成乙酸異戊酯，其實驗裝置如圖所示，操作過程如下：

①向圓底燒瓶中加入幾粒碎瓷片，先后注入15 mL（0.14 mol）異戊醇和20 mL（0.35 mol）冰醋酸，最后小心加入5 mL濃H₂SO₄，振蕩使其不再分層。

②在燒瓶上安裝水冷凝管，連好上、下水，后加熱裝置1 h冷卻至室溫。

③把燒瓶內混合液倒入盛有飽和Na₂CO₃溶液的錐形瓶中，振蕩后靜置。

④把③中水層分離出后，再用蒸餾水洗滌有機層幾次，并將洗滌后水層分離出。

⑤將分離的有機層轉移到另一錐形瓶中，加入無水MgSO₄或Mg（NO₃）₂處理。最后將處理后的有機層經135—143 ℃蒸餾，即得乙酸異戊酯產品。

試完成以下問題：

（1）寫出乙酸和異戊醇合成乙酸異戊酯的化學方程式________________________________，其中濃H₂SO₄的作用是____________________________________，燒瓶內碎瓷片的作用是_______________________________。

（2）水冷凝器的作用是_____________，冷凝管的a口是冷卻水的_____________（填“進口”“出口”）。

（3）乙酸和異戊醇物質的量之比0.35∶0.14大于1∶1，其原因是_____________。

（4）③中飽和碳酸鈉的作用是_____________；⑤中無水MgSO₄或Mg（NO₃）₂的作用是_____________。

（5）步驟③的操作應用_____________（填儀器名稱），洗滌分離出水層后，應怎樣把有機層轉移至錐形瓶里_____________。

Answer 1

解析：此題是有關有機物制備的實驗題。題中完整地給出乙酸異戊酯的合成過程，且設問中的5個小題都是圍繞著實驗原理和操作方法提出的。表面上考查的是合成乙酸異戊酯的實驗內容，但實質上還是考查中學制備乙酸乙酯的實驗，當然，試題中的裝置和操作又與中學的乙酸乙酯實驗有所不同，即增加了對冷凝管、分液漏斗的使用的考查。這將有助于提高學生的信息遷移能力，同時提高他們分析和解決問題的能力。

（1）酯化反應的實質是羧酸脫羥基、醇脫氫結合成水的取代反應，其中濃硫酸在反應中起催化劑和脫水劑的作用，為了防止在加熱過程中液體暴沸，預先在燒瓶中加入碎瓷片。

（2）酯化反應的進行是需要加熱的，但其反應物冰醋酸和異戊醇及其生成物乙酸異戊酯都屬于低沸點物質，故在反應過程中極易形成蒸氣逸出，為了使反應物充分利用，常用冷凝管使蒸氣冷凝回流。使用冷凝管時要注意水流方向，即水流方向應與被冷卻氣體的流向相反，即圖中的a口應是出水方向。

（3）從乙酸與異戊醇的反應方程式：

可以看出，乙酸與異戊醇是按1∶1的方式消耗的，但由于該反應是可逆反應，為了提高成本較高的異戊醇的轉化率，常使廉價的乙酸過量。

（4）反應完畢后，燒瓶中的混合液中含有H₂SO₄、乙酸、異戊醇、乙酸異戊酯、水等物質，倒入飽和Na₂CO₃溶液中后，混合液中的H₂SO₄和過量的乙酸將與Na₂CO₃反應而最后位于水層，有機層主要是乙酸異戊酯和異戊醇，另有少量的水，蒸餾可使乙酸異戊酯和異戊醇分離，蒸餾時加入MgSO₄或Mg（NO₃）₂可吸收有機層中的水分〔可聯想工業制濃HNO₃時加Mg（NO₃）₂吸水〕。

（5）③中所得分層后的混合物，用分液漏斗進行分離，使用分液漏斗分液時要注意：下層液體從分液漏斗的下端流出，上層液體應從分液漏斗的上口處倒出。

催化劑和脫水劑  防止液體暴沸

（2）冷凝回流  出口

（3）因該反應是可逆反應，增大廉價的乙酸的量，可以提高異戊醇的轉化率

（4）洗滌乙酸異戊酯中的H₂SO₄和過量的CH₃COOH  吸收乙酸異戊酯中殘留的水

（5）分液漏斗  應將有機層從分液漏斗的上口處倒出