Question

2．呋喃甲酸是抗菌素的一種，在食品工業(yè)中用作防腐劑，也用作涂料添加劑、醫(yī)藥、香料等的中間體，可用呋喃甲醛制備，其實驗原理和制備步驟如下：

步驟③提純過程：溶解→活性炭脫色→趁熱過濾→冷卻結(jié)晶→抽濾→洗滌→干燥．
已知：①呋喃甲酸在100℃升華，133℃熔融，230-232℃沸騰，并在此溫度下脫羧；
②呋喃沸點為31-32℃，易溶于水；
③無水氯化鈣能與醇形成復(fù)合物．
（1）步驟①的關(guān)鍵是控制溫度，其措施有：磁力攪拌、冷水浴和緩慢滴加NaOH溶液．
（2）步驟②中干燥所使用的干燥劑可選用BC．
A．98%濃硫酸    B．無水硫酸鎂     C．無水碳酸鈉     D．無水氯化鈣
（3）呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中的溶解度（s）隨溫度變化的曲線如圖1所示：
步驟③提純時，合適的溶解溶劑是A，其理由隨溫度升高溶解度增加較快．抽濾的優(yōu)點是過濾和洗滌速度加快，母液和晶體分離較完全，且產(chǎn)品易干燥．
（4）利用呋喃甲酸可以制取八甲基四氧雜夸特烯如圖2和圖3．
①儀器a的名稱：圓底燒瓶，裝置b的作用：防止水蒸氣進入，溶入呋喃，
②脫羧裝置中用冰鹽浴的目的是呋喃易揮發(fā)，冰浴減少揮發(fā)，提高產(chǎn)率；
③確定產(chǎn)品為八甲基四氧雜夸特烯，可通過測定沸點，還可采用的檢測方法有檢測產(chǎn)品的核磁共振氫譜和紅外光譜等．
④若用4.5g呋喃甲酸制取得到了0.5g八甲基四氧雜夸特烯（M=432g•mol^-1），則產(chǎn)率為11.52%（保留4位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）制備呋喃甲酸反應(yīng)為放熱反應(yīng)，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(yīng)物的速率也可控制反應(yīng)的溫度；
（2）步驟②中有機層為呋喃甲醇，呋喃甲醇遇酸易爆炸，氯化鈣在醇和醚中會有一定的溶解度，干燥呋喃甲醇選用無水硫酸鎂或無水碳酸鈉；
（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(zhì)c中的溶解度隨溫度的升高而減�。辉谌軇┪镔|(zhì)A、B中的溶解度隨溫度的升高而增大，抽濾的優(yōu)點是：過濾和洗滌速度加快，母液和晶體分離較完全，且產(chǎn)品易干燥；
（4）①根據(jù)儀器的特征，儀器a為圓底燒瓶，根據(jù)裝置b中堿石灰是堿性干燥劑，能吸收CO₂和水蒸氣分析；
②呋喃易揮發(fā)，冰浴可以降低溫度減少揮發(fā)，提高產(chǎn)率；
③檢驗有機物結(jié)構(gòu)的方法可以是核磁共振氫譜和紅外光譜等；
④根據(jù)化學方程式計算理論得到八甲基四氧雜夸特烯的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計算其質(zhì)量，進而計算產(chǎn)率．

解答 解：（1）制備呋喃甲酸反應(yīng)△H＜0，為放熱反應(yīng)，呋喃甲酸在100℃升華，133℃熔融，230-232℃沸騰，并在此溫度下脫羧，制備呋喃甲酸需保持溫度為8℃-12℃，溫度過高會降低其產(chǎn)率，反應(yīng)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(yīng)速率減小控制溫度，所以可用緩慢滴加NaOH溶液的方法，
故答案為：冷水浴；緩慢滴加NaOH溶液；
（2）步驟②中有機層為呋喃甲醇，醇易被濃硫酸氧化，呋喃甲醇遇酸易聚合并發(fā)生劇烈爆炸，氯化鈣在醇和醚中會有一定的溶解度，如果用作干燥劑，就會有殘留到提取液中，所以不選，可選用無水硫酸鎂或無水碳酸鈉作干燥劑，
故答案為：BC；
（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(zhì)A、B中的溶解度隨溫度的升高而增大，且在A中溶解度隨溫度變化大，在溶劑物質(zhì)c中的溶解度隨溫度的升高而減小，步驟③提純過程：溶解→活性炭脫色→趁熱過濾，所以選擇合適的溶解溶劑是A，抽濾的優(yōu)點是：過濾和洗滌速度加快，母液和晶體分離較完全，且產(chǎn)品易干燥，
故答案為：A；隨溫度升高溶解度增加較快；過濾和洗滌速度加快，母液和晶體分離較完全，且產(chǎn)品易干燥；
（4）①根據(jù)儀器的特征，儀器a為圓底燒瓶，裝置b中堿石灰是堿性干燥劑，而呋喃易溶于水，所以裝置圖中裝置b的作用是吸收生成的CO₂；防止水蒸氣進入，溶入呋喃，
故答案為：圓底燒瓶；防止水蒸氣進入，溶入呋喃；
②由于呋喃易揮發(fā)，冰浴可以降低溫度減少揮發(fā)，提高產(chǎn)率，
故答案為：呋喃易揮發(fā)，冰浴減少揮發(fā)，提高產(chǎn)率；
③檢驗有機物結(jié)構(gòu)的方法可以是核磁共振氫譜和紅外光譜等，
故答案為：檢測產(chǎn)品的核磁共振氫譜和紅外光譜等；
④根據(jù)圖3呋喃甲酸制取八甲基四氧雜夸特烯的方程式可知：4mol呋喃甲酸～4mol呋喃～1mol八甲基四氧雜夸特烯，4.5g呋喃甲酸的物質(zhì)的量為：$\frac{4.5g}{112g/mol}$，制得的八甲基四氧雜夸特烯物質(zhì)的量為：$\frac{4.5g}{112g/mol}$×$\frac{1}{4}$，其質(zhì)量為：：$\frac{4.5g}{112g/mol}$×$\frac{1}{4}$×432g/mol，則產(chǎn)率為$\frac{0.5g}{\frac{4.5g}{112g/mol}×\frac{1}{4}×432g/mol}$≈11.52%，
故答案為：11.52%．

點評 本題考查物質(zhì)制備的實驗設(shè)計、條件控制、基本實驗操作以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有關(guān)檢測和判斷，試題綜合性強，題目難度較大，側(cè)重對學生基礎(chǔ)知識的鞏固與訓練，旨在考查學生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力，同時也注重對學生答題能力的培養(yǎng)和方法指導(dǎo)，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力．