Question

某化學(xué)小組以苯甲酸為原料制取苯甲酸甲酯．有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)和相對(duì)分子質(zhì)量如表：

物質(zhì)	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸點(diǎn)/℃	64.7	249	199.6
相對(duì)分子質(zhì)量	32	122	136

Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品
在燒瓶中加入12.2g苯甲酸和20mL甲醇（密度約0.79g/mL），再小心加入3mL濃硫酸，混勻后，投入幾粒碎瓷片，小心加熱使反應(yīng)完全，得苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品．
（1）該反應(yīng)中濃硫酸的作用是

 

，甲醇過(guò)量的原因

 

．
（2）若反應(yīng)產(chǎn)物水分子中有同位素¹⁸O，寫出能表示反應(yīng)前后¹⁸O位置的化學(xué)方程式：

 

，
（3）甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖三套實(shí)驗(yàn)室制取苯甲酸甲酯的裝置（夾持儀器和加熱儀器均已略去）．根據(jù)有機(jī)物的特點(diǎn)，最好采用

 

裝置（填“甲”、“乙”、“丙”）．

Ⅱ．粗產(chǎn)品的精制
（4）苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，現(xiàn)擬用下列流程圖進(jìn)行精制，請(qǐng)根據(jù)流程圖填入恰當(dāng)操作方法的名稱：操作I為

 

，操作Ⅱ?yàn)?div id="vfl97iv" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．

（5）以上流程圖中加入Na₂CO₃溶液后，放入分液漏斗中振蕩、靜置，要得到有機(jī)層，其具體操作是

 

．
（6）苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）根據(jù)酯化反應(yīng)中濃硫酸的作用進(jìn)行解答；從甲醇沸點(diǎn)較低、價(jià)格較低反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響方面分析；
（2）酯化反應(yīng)機(jī)理為酸脫羥基醇脫氫，據(jù)此寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)甲圖、乙圖裝置的圓底燒瓶上沒有冷凝管及甲醇易揮發(fā)進(jìn)行分析；
（4）分液用于分離兩種不互溶的液體，蒸餾用于互溶但沸點(diǎn)相差較大的兩種（或兩種以上）液體分離；
（5）苯甲酸甲酯的密度小于水溶液，在混合液上層，上層液體從分液漏斗上口倒出，下層液體從分液漏斗下口放出；
（6）產(chǎn)率=

實(shí)際產(chǎn)量

理論產(chǎn)量

×100%，根據(jù)反應(yīng)物的物質(zhì)的量判斷過(guò)量，根據(jù)不足量計(jì)算出理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量，再計(jì)算出其產(chǎn)率．

解答： 解：（1）濃硫酸在酯化反應(yīng)中起到了催化劑作用，酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，濃硫酸吸收反應(yīng)生成的水，可以促進(jìn)酯的生成，濃硫酸起到了吸水劑的作用；由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甲醇比苯甲酸價(jià)廉，且甲醇沸點(diǎn)低，易損失，增加甲醇的量，可提高苯甲酸甲酯的產(chǎn)率，
故答案為：催化劑和吸水劑；該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甲醇比苯甲酸價(jià)廉，且甲醇沸點(diǎn)低，易損失，增加甲醇的量，可提高產(chǎn)率；
（2）苯甲酸與甲醇在濃硫酸作用下的酯化反應(yīng)為：苯甲酸脫去羥基，據(jù)此脫去羥基中的氫原子，二者反應(yīng)生成苯甲酸甲酯，所以水中¹⁸O原子來(lái)自苯甲酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O，
故答案為：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）由裝置圖可知，乙圖的圓底燒瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，甲圖和丙圖則沒有，而本題中反應(yīng)物甲醇沸點(diǎn)低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于甲醇，若采用甲圖、丙圖，甲醇必定會(huì)大量揮發(fā)，不利于合成反應(yīng)，所以應(yīng)冷凝回流，減少甲醇的揮發(fā)，提高產(chǎn)率，
故答案為：乙； 
（4）苯甲酸甲酯不溶于水，操作Ⅰ分離出互不相溶的液體，通常采用分液操作完成；甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，二者沸點(diǎn)不同，可以通過(guò)蒸餾操作分離，
故答案為：分液；蒸餾；
（5）加入Na₂CO₃溶液后，放入分液漏斗中振蕩、靜置，要得到有機(jī)層，其具體操作方法為：將分液漏斗上口的玻璃塞打開（或使塞上的凹槽對(duì)準(zhǔn)漏斗口上的小孔），再旋開分液漏斗活塞，用錐形瓶接收下層液體，待下層液體剛好流盡時(shí)關(guān)閉活塞，將有機(jī)層從分液漏斗上口倒入另一干凈的容器（或燒杯）中，
故答案為：將分液漏斗上口的玻璃塞打開（或使塞上的凹槽對(duì)準(zhǔn)漏斗口上的小孔），再旋開分液漏斗活塞，用錐形瓶接收下層液體，待下層液體剛好流盡時(shí)關(guān)閉活塞，將有機(jī)層從分液漏斗上口倒入另一干凈的容器（或燒杯）中；
（6）12.2g苯甲酸的物質(zhì)的量為：

12.2g

122g/mol

=0.1mol，20mL甲醇（密度約0.79g/mL）的物質(zhì)的量為：

0.79g/mL×20mL

32g/mol

=0.49mol＞0.1mol，
則理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量為：0.1mol，質(zhì)量為：136g/mol×0.1mol=13.6g，則苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為：

8.84g

13.6g

×100%=65%，
故答案為：65%．

點(diǎn)評(píng)：本題通過(guò)苯甲酸甲酯的制備方法，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，題目難度中等，明確物質(zhì)的制備原理為解答此類題的關(guān)鍵，該烴為乙酸乙酯的制備知識(shí)的遷移題目，充分考查了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．