Question

(13分)乙酸正丁酯是一种水果香味的无色透明液体，常用于调制香料和药物。实验室用正丁醇和乙酸制备，反应原理如下：

CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OHCH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O

某兴趣小组拟用如图装置制备少量乙酸正丁酯：

步骤1：加料。向干燥的100ml圆底烧瓶中加入37ml正丁醇、22ml冰醋酸及10滴浓硫酸(试剂加入顺序未确定)，摇匀后，加入几粒沸石。然后安装分水器(先在分水器上端小心加水至分水器支管口处，然后再放出1～2ml的水)及回流冷凝管。

步骤2：加热回流。通过活塞控制分水器中水层液面的高度。反应完毕，停止加热。

步骤3：冷却(不可以拆卸回流冷凝管)。冷却至室温后，将烧瓶中的混合物与分水器中的酯层合并，转入分液漏斗中。

步骤4：依次用10ml水，10ml 10%碳酸钠溶液洗至中性(pH=7)，再水洗一次，向洗涤后的有机相中加入适量的无水硫酸镁固体。放置一段时间后过滤、蒸馏、收集124～126℃馏分，得产品)

步骤5：用一干燥的小烧杯称产品，重量为29.0g。

相关物质的性质如下表：

物质名称	沸点/℃	熔点/℃	密度/g·cm－3	水中溶解度
正丁醇	117.3	-89.5	0.80	7.1g/100g
乙酸	118	16.6	1.0492	互溶
乙酸正丁酯	126.1	-78	0.8826	1.4g/100g

根据题意完成下列填空：

(1)加料时，三种试剂的加入顺序为                  。

(2)该实验中，冷凝水从      (填“a”或“b”)口通入，使用分水器的目的是              。

(3)步骤2中判断反应结束的现象是             。

(4)步骤3中从分液漏斗中得到酯的操作                 ，用10% Na₂CO₃溶液洗涤有机相，是为了除去有机相中的          (填结构简式)。

(5)步骤4中加入无水硫酸镁固体的作用是                。

(6)实验中正丁醇的转化率为            。

Answer

(1)正丁醇、冰醋酸、浓硫酸

(2)a；及时分离出产物水，使化学平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率

(3)分离器中水层高度不再变化

(4)打开分液漏斗活塞，让水层从分液漏斗下口流出，酯层从上口倒出；H2SO4和CH3COOH

(5)除去有机相中残留的水

(6)65%

【解析】

试题分析：(1)向干燥的100ml圆底烧瓶中加入37ml正丁醇、22ml冰醋酸及10滴浓硫酸，由于浓硫酸稀释放热，加料时，应该后加浓硫酸，三种试剂的加入顺序可以为正丁醇、冰醋酸、浓硫酸，故答案为：正丁醇、冰醋酸、浓硫酸；

(2)冷凝水应该下进上出，因此从a口通入，使用分水器可以及时分离出产物水，使化学平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率，故答案为：a；及时分离出产物水，使化学平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率；

(3)反应结束分离器中水层高度不再变化，故答案为：分离器中水层高度不再变化；

(4)酯不溶于水，可以采用分液的操作分离，步骤3中从分液漏斗中得到酯的具体操作为打开分液漏斗活塞，让水层从分液漏斗下口流出，酯层从上口倒出；Na2CO3溶液能够与酯中的杂质H2SO4和CH3COOH反应，故答案为：打开分液漏斗活塞，让水层从分液漏斗下口流出，酯层从上口倒出；H2SO4和CH3COOH；

(5)无水硫酸镁可以除去有机相中残留的水，故答案为：除去有机相中残留的水；

(6)37mL正丁醇的质量为37mL×0.80g/mL=29.6g，22mL冰醋酸的质量为22mL×1.0492g/mL=23.0824g，设理论上29.6g正丁醇完全反应需乙酸的质量是y，则：

CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O

60g          74g

y          29.6g

y==24g＞23.0824g，所以乙酸完全反应，按照乙酸计算乙酸正丁醇酯的理论质量，设乙酸正丁醇酯的理论质量为x，则：

CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O

   60g                    116g

 23.0824g                    x

所以x==44.626g，则乙酸正丁酯的产率为×100%=65%，故答案为：65%

【考点定位】考查制备实验方案的设计

【名师点晴】本题考查有机物物质制备的实验，涉及化学仪器、对反应原理的理解应用、对操作的分析评价、物质的分离提纯、产率计算等，注意根据乙酸乙酯的制备进行知识迁移应用，较好的考查学生的分析能力、数据处理能力。