Question

1．實(shí)驗(yàn)室用乙酸和正丁醇制備乙酸正丁酯．有關(guān)物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表

化合物	相對(duì)分子質(zhì)量	密度/g•cm-3	沸點(diǎn)/℃	溶解度/100g水
正丁醇	74	0.80	118.0	9
冰醋酸	60	1.045	118.1	互溶
乙酸正丁酯	116	0.882	126.1	0.7

請(qǐng)回答有關(guān)問(wèn)題．
Ⅰ．乙酸正丁酯粗產(chǎn)品的制備在三孔圓底燒瓶中進(jìn)行，并使用了分水器（作用：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷分離除去反應(yīng)生成的水）、溫度計(jì)及回流冷凝管．實(shí)驗(yàn)需要的藥品：濃硫酸、冰醋酸和正丁醇．
（1）寫(xiě)出生成乙酸正丁酯的方程式CH₃CH₂CH₂CH₂OH+CH₃COOH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃CH₂CH₂CH₂OOCCH₃+H₂O．
（2）正丁醇的核磁共振氫譜中峰面積之比是3：2：2：2：1．
（3）結(jié)合平衡移動(dòng)原理進(jìn)一步解釋分水器的作用分離出生成的水，使得平衡向生成乙酸正丁酯的方向移動(dòng)．
Ⅱ．乙酸正丁酯粗產(chǎn)品的精制
（1）將三頸圓底燒瓶中的液體轉(zhuǎn)入分液漏斗中，并用飽和Na₂CO₃溶液洗滌有機(jī)層，用分液法可分離上述有機(jī)層和水層，分液完成后，取出有機(jī)層的操作是先放出下層的水層，再將有機(jī)層從上口倒入一個(gè)干燥的蒸餾燒瓶中．
（2）將酯層進(jìn)行蒸餾．收集乙酸正丁酯產(chǎn)品．
Ⅲ．計(jì)算產(chǎn)率
如果實(shí)驗(yàn)中加入了18.5mL正丁醇、30mL冰醋酸和2mL濃硫酸，實(shí)驗(yàn)后制得的乙酸正丁酯的質(zhì)量為0.11mol，則乙酸正丁酯的產(chǎn)率為55%．

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)酯化反應(yīng)原理酸脫羥基醇脫氫寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）分子中不同環(huán)境的氫原子的數(shù)目之比就等于核磁共振氫譜中峰面積之比；
（3）該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，減少生成物使平衡正向移動(dòng)；
II．（1）乙酸丁酯不溶于飽和碳酸鈉溶液，乙酸與碳酸鈉反應(yīng)而被吸收；分液漏斗中的上層液體從上口倒出；
（2）乙酸丁酯的沸點(diǎn)比乙酸、丁醇的沸點(diǎn)高；
III．先根據(jù)酸的量計(jì)算理論上酯的量，再根據(jù)水的量計(jì)算酯的量，實(shí)際上酯的量與理論值之比即為酯的產(chǎn)率．

解答 解：I．（1）酯化反應(yīng)的本質(zhì)為酸脫羥基，醇脫氫，乙酸與丁醇在濃硫酸作用下加熱發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸丁酯和水，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，化學(xué)方程式為：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH $?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$ CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O，
故答案為：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O；
（2）分子中不同環(huán)境的氫原子的數(shù)目之比就等于核磁共振氫譜中峰面積之比，分子中含有4種不同環(huán)境的H原子，其數(shù)目之比為3：2：2：2：1，則正丁醇的核磁共振氫譜中峰面積之比是3：2：2：2：1；
故答案為：3：2：2：2：1；
（3）該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，減少生成物使平衡正向移動(dòng)，所以分離出生成的水，使得平衡向生成乙酸正丁酯的方向移動(dòng)，能提高產(chǎn)率；
故答案為：分離出生成的水，使得平衡向生成乙酸正丁酯的方向移動(dòng)；
II．（1）產(chǎn)品中含有乙酸丁酯、乙酸和丁醇，乙酸丁酯不溶于飽和碳酸鈉溶液，乙酸與碳酸鈉反應(yīng)而被吸收，丁醇能溶于水溶液，所以要用飽和Na₂CO₃溶液洗滌有機(jī)層；分液漏斗中的上層液體從上口倒出，所以其操作為先放出下層的水層，再將有機(jī)層從上口倒入一個(gè)干燥的蒸餾燒瓶中；
故答案為：Na₂CO₃溶液；先放出下層的水層，再將有機(jī)層從上口倒入一個(gè)干燥的蒸餾燒瓶中；
（2）乙酸丁酯的沸點(diǎn)比乙酸、丁醇的沸點(diǎn)高，所以要分離出乙酸丁酯，要用蒸餾法；
故答案為蒸餾：
III．18.5mL正丁醇的質(zhì)量為18.5mL×0.80g/mL=14.8g，30mL冰醋酸的質(zhì)量為30mL×1.045g/mL=31.353g，
設(shè)理論上14.8g正丁醇完全反應(yīng)需乙酸的質(zhì)量是y，則：
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
60g        74g
y          14.8g
y=$\frac{60g×14.8g}{74g}$=12g＜31.353g，所以乙酸過(guò)量，按照正丁醇計(jì)算乙酸正丁醇酯的理論質(zhì)量，
設(shè)乙酸正丁醇酯的理論質(zhì)量為x，則：
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
74g                              116g
14.8g                             x
所以x=$\frac{14.8g×116g}{74g}$=23.2g
則乙酸正丁酯的產(chǎn)率為 $\frac{116g/mol×0.11mol}{23.2g}$×100%=55%，
故答案為：55%．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，掌握酯的制備原理以及運(yùn)用原理理解實(shí)驗(yàn)裝置是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．試題充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．