Question

【題目】Ⅰ．呋喃甲酸是一種抗生素，在食品工業中作防腐劑，也作涂料添加劑醫藥、香料等中間體，可用呋喃甲醛制備，其實驗原理和制備步驟如下：

2+NaOH→+ H＜0

步驟③提純過程：溶解→活性炭脫色→趁熱過濾→冷卻結晶→抽濾→洗滌→干燥。

(1)步驟①的關鍵是控制溫度，其措施有：磁力攪拌、__________和緩慢滴加溶液。

(2)步驟②中，加入無水的作用_______。

(3)呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中溶解度(S)隨溫度(T)變化的曲線如圖。步驟③提純時合適的溶解試劑是________。

Ⅱ．利用呋喃甲酸制取的呋喃甲酸正丁酯是一種優良的有機溶劑。某化學興趣小組在實驗室用呋喃甲酸和正丁醇制備呋喃甲酸正丁酯，有關物質的相關數據及實驗裝置如圖所示：

化合物	相對分子質量	密度()	沸點(℃)	溶解度(g/100g水)
呋喃甲酸	112	1.322	230-232	4.33
正丁醇	74	0.81	117.3	9
呋喃甲酸正丁酯	168	1.053	136.1	0.7

分水器的操作方法：先將分水器裝滿水(水位與支管口相平)，再打開活塞，準確放出一定體積的水。在制備過程中，隨著加熱回流，蒸發后冷凝下來的有機液體和水在分水器中滯留分層，水并到下層(反應前加入的)水中；有機層從上面溢出，流回反應容器。當水層增至支管口時，停止反應。

呋喃甲酸正丁酯合成和提純步驟為：

第一步：取足量的正丁醇和呋喃甲酸混合加熱發生酯化反應，反應裝置如圖a所示(加熱儀器已省略)；

第二步：依次用水、飽和溶液、水對燒瓶中的產品洗滌并干燥；

第三步：用裝置b蒸餾提純。

回答有關問題：

(4)裝置A的名稱_________。

(5)實驗中使用分水器的優點有________。

(6)第二步用飽和溶液洗滌的目的是______。

(7)若實驗中得到呋喃甲酸正丁酯，則呋喃甲酸正丁酯的產率為________。實驗中呋喃甲酸正丁酯的實際產率總是小于此計算值，不可能原因是_______(填字母代號)。

A．分水器收集的水里含呋喃甲酸正丁酯

B．該實驗條件下發生副反應

C．產品精制時收集部分低沸點物質

D．產品在洗滌、蒸發過程中有損失

Answer 1

【答案】冷水浴 干燥 A 三頸燒瓶 及時分離出水，有利于酯化反應朝正反應方向移動 除去產品中含有的呋喃甲酸(硫酸)等雜質 43.5% C

【解析】

(1)制備呋喃甲酸反應為放熱反應，需保持溫度為8℃-12℃，可用冷水浴控制溫度，磁力攪拌散熱也可控制溫度，通過控制滴加反應物的速率也可控制反應的溫度；

(2)步驟②中有機層為呋喃甲醇和少量的水，用無水硫酸鎂可以干燥呋喃甲醇；

(3)呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中的溶解度，由溶解度曲線可知，在溶劑物質A中的溶解度隨溫度的升高而增大明顯；在溶劑物質B、C中的溶解度隨溫度的升高而不明顯；

(4)根據儀器的結構特征，儀器A為三頸瓶；

(5)根據分水器的作用結合平衡移動的原理進行分析；

(6)類比于書本中乙酸乙酯的制備實驗中碳酸鈉的作用進行解題；

(7)根據足量的正丁醇和呋喃甲酸發生酯化反應進行計算，并分析造成產率偏低的原因。

(1)制備呋喃甲酸反應△H＜0，為放熱反應，制備呋喃甲酸需保持溫度為8℃-12℃，溫度過高會降低其產率，反應溫度較高，控制溫度可用冷水浴法；攪拌也可以散熱控制溫度，所以還可用磁力攪拌的方法，讓反應速率減小控制溫度，所以可用緩慢滴加NaOH溶液的方法，答案為：冷水浴；

(2)步驟②中有機層中呋喃甲醇還含有水等雜質，而無水硫酸鎂可以吸水形成帶結晶水的晶體作干燥劑，答案為：干燥劑；

(3)由溶解度曲線可知：呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中的溶解度，在溶劑物質A中的溶解度隨溫度的升高而增大明顯，在溶劑物質B、C中的溶解度隨溫度的升高而增大程度不明顯，所以選擇合適的溶解溶劑是A，降溫結晶時就是利用于溶解度隨溫度變化明顯的物質，答案為：A；

(4)根據儀器的特征，儀器a為三頸燒瓶，答案為：三頸燒瓶；

(5)分水器的作用是把反應產生的水從反應體系中分離開來，也就是降低產物的濃度使得平衡反應向右移動，從而提高反應的產量，答案為：及時分離出水，有利于酯化反應朝正反應方向移動；

(6)碳酸鈉可與硫酸、呋喃甲酸反應，則步驟②加入Na2CO3，可吸收硫酸以及未反應的呋喃甲酸，同時降低酯的溶解度，答案為：除去產品中含有的呋喃甲酸(硫酸)等雜質；

(7)由足量的正丁醇和呋喃甲酸混合加熱發生酯化反應，可生成的呋喃甲酸正丁酯的質量為：根據反應找關系式，1mol呋喃甲酸～1mol呋喃甲酸正丁酯，由， ，解得：m(酯)=21.22g，故產率為 ，答案為：43.5%

A．分水器收集的水里含呋喃甲酸正丁酯，使得最終收集到得呋喃甲酸正丁酯減少，產率降低，A不符合題意；

B．該實驗條件下發生副反應，將有更多得呋喃甲酸轉化成其他物質，最終收集到得呋喃甲酸正丁酯減少，產率降低，B不符合題意；

C．產品精制時收集部分低沸點物質，使得最終收集到得產品增多，將使產率增大，C符合題意；

D．產品在洗滌、蒸發過程中有損失，使得最終收集到得產品減少，將使產率降低，D不符合題意；

故答案為：C。