Question

5．苯甲酸乙酯是一種無(wú)色透明液體、能與乙醇、乙醚混溶，不溶于水．用于配制香水香精和人造精油，其制備原理如下：

已知：

物質(zhì)	顏色狀態(tài)	密度/g/cm3	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃
苯甲酸	白色固體	1.2659	122	249
苯甲酸乙酯	無(wú)色液體	1.05	-34.6	212.6
乙酸	無(wú)色液體	1.0492	16.6	117.9
乙醇	無(wú)色液體	0.789	-117.3	78.5
乙酸乙酯	無(wú)色液體	0.894-0.898	-83.6	77.1
乙醚	無(wú)色液體	0.713	-116.3	34.6

*苯甲酸在100℃會(huì)迅速升華．
（1）如圖1為課本上制取乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)裝置圖，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①乙醇、乙酸和濃硫酸混合的先后順序先加乙醇，再加濃硫酸，等冷卻再加乙酸；
②濃硫酸的作用是催化劑和吸水劑；
③實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前在飽和碳酸鈉加入酚酞，溶液會(huì)變紅，隨著乙酸乙酯的蒸出，紅色會(huì)變淺，但是無(wú)氣體產(chǎn)生，請(qǐng)寫(xiě)出發(fā)生該變化的離子反應(yīng)方程式CH₃COOH+CO₃^2-=CH₃COO^-+HCO₃^-；
（2）按照?qǐng)D2所示裝置制備苯甲酸乙酯．
①制備：在圓底燒瓶中加入12.20g苯甲酸、25mL乙醇（過(guò)量）、4mL濃硫酸，混合均勻并加入沸石，按圖2所示連接好儀器，其中分水器的作用是分離出反應(yīng)生成的水，控制溫度加熱回流2h．
a．實(shí)驗(yàn)中使用分水器不斷分離除去水的目的是分離反應(yīng)過(guò)程中生的水，促進(jìn)酯化反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
b．從提供的分析實(shí)驗(yàn)室制取苯甲酸乙酯為什么不使用制取乙酸乙酯一樣的裝置？如果使用制取乙酸乙酯的裝置，會(huì)使乙醇大量蒸餾出去，實(shí)驗(yàn)效率大大降低；
②產(chǎn)品的提純
將圓底燒瓶中的殘液倒入盛有冷水的燒瓶中，分批加入Na₂CO₃溶液呈中性；用分液漏斗分出有機(jī)層得粗產(chǎn)品．水層用25mL乙醚萃取分液，醚層與粗產(chǎn)品合并；在粗產(chǎn)品加入無(wú)水氯化鈣后，靜置、過(guò)濾，過(guò)濾液進(jìn)行蒸餾，蒸出乙醚后，繼續(xù)升溫，接收210～213℃的餾分；產(chǎn)品經(jīng)檢驗(yàn)合格，測(cè)得產(chǎn)品體積為6mL．
c．在該實(shí)驗(yàn)分液過(guò)程中，產(chǎn)物應(yīng)該從分液漏斗的上口倒出（填“上口倒出”可“下口倒出”）；
d．該實(shí)驗(yàn)中苯甲酸乙酯的產(chǎn)率為42%；
e．若加入的Na₂CO₃溶液不足，在之后的蒸餾時(shí)燒瓶?jī)?nèi)會(huì)出現(xiàn)白煙生成，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因在苯甲酸乙酯中有未除凈的苯甲酸，受熱至100℃時(shí)升華．

Answer 1

分析 （1）①與酸混合時(shí)，將密度大的液體注入密度小的液體中，混合濃硫酸和乙醇時(shí)，應(yīng)將濃硫酸慢慢注入到乙醇中，并不斷攪拌，使產(chǎn)生的熱量及時(shí)散失；
②乙酸與乙醇需濃硫酸作催化劑，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，濃硫酸吸水利于平衡向生成乙酸乙酯方向移動(dòng)；
③隨著乙酸乙酯的蒸出，紅色會(huì)變淺，但是無(wú)氣體產(chǎn)生，是因?yàn)樘妓徕c與醋酸反應(yīng)生成碳酸氫根離子，酸性減弱；
（2）①a．使用分水器不斷分離除去水，促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行，生成酯的產(chǎn)率增大；
b．依據(jù)裝置中反應(yīng)物揮發(fā)出，反應(yīng)物減小導(dǎo)致反應(yīng)物的利用率降低分析；
c．根據(jù)分流漏斗的使用方法可知，下層液體從下口放出，上層液體從上層倒出，苯甲酸乙酯的密度小于水，據(jù)此判斷；
d．實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%；
e．若加入的Na₂CO₃溶液不足，在之后的蒸餾時(shí)燒瓶?jī)?nèi)會(huì)出現(xiàn)的白煙是固體小顆粒，可能是苯甲酸乙酯中混有未除凈的苯甲酸．

解答 解：（1）①濃硫酸溶于水放出大量的熱，乙醇中含有少量水，應(yīng)將濃硫酸加入到乙醇中，防止硫酸溶解時(shí)放出大量的熱導(dǎo)致液體飛濺，則加入藥品的順序?yàn)橄仍诖笤嚬苤凶⑷胍掖�，再分別緩緩加入濃硫酸和乙酸，邊加邊振蕩試管使之混合均勻，即加入順序?yàn)橐掖�、濃硫酸、乙酸�?br />故答案為：先加乙醇，再加濃硫酸，等冷卻再加乙酸；
②乙酸與乙醇需濃硫酸作催化劑，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，濃硫酸吸水利于平衡向生成乙酸乙酯方向移動(dòng)．故濃硫酸的作用為催化劑，吸水劑，
故答案為：催化劑、吸水劑；
③碳酸鈉為強(qiáng)堿弱堿鹽，碳酸根離子水解呈堿性，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前在飽和碳酸鈉加入酚酞，溶液會(huì)變紅，隨著乙酸乙酯的蒸出，發(fā)生反應(yīng)：CH₃COOH+CO₃^2-=CH₃COO^-+HCO₃^-，碳酸根離子濃度減小，堿性減弱，所以紅色會(huì)變淺，但是無(wú)氣體產(chǎn)生，
故答案為：CH₃COOH+CO₃^2-=CH₃COO^-+HCO₃^-；
（2）①a．酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，使用分水器不斷分離除去水，促進(jìn)酯化反應(yīng)正反應(yīng)方向進(jìn)行，提高生成酯的產(chǎn)量，
故答案為：分離反應(yīng)過(guò)程中生的水，促進(jìn)酯化反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
b．如果使用制取乙酸乙酯的裝置，反應(yīng)過(guò)程中加熱，會(huì)使乙醇大量蒸餾出去，乙醇揮發(fā)混入酯中，降低反應(yīng)物的利用率，實(shí)驗(yàn)效率大大降低，
故答案為：如果使用制取乙酸乙酯的裝置，會(huì)使乙醇大量蒸餾出去，實(shí)驗(yàn)效率大大降低；
c．分流漏斗，下層液體從下口放出，上層液體從上層倒出，苯甲酸乙酯的密度小于水，所以有機(jī)層從下口放出，
故答案為：上口倒出；
d．12.20g苯甲酸的物質(zhì)的量為：n=$\frac{m}{M}$=$\frac{12.20g}{122g/mol}$=0.1mol，理論生成的苯甲酸乙酯的質(zhì)量為0.1×150g=15g，而實(shí)際生成苯甲酸乙酯的質(zhì)量為：6mL×1.05g•ml^-1=6.3g，所以實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率=$\frac{6.3g}{15g}$×100%=42%，
故答案為：42%；
e．加入Na₂CO₃能與未反應(yīng)的苯甲酸和硫酸，可以除去未反應(yīng)的苯甲酸和硫酸，白煙是固體小顆粒，因?yàn)楸郊姿嵩?00℃會(huì)迅速升華，所以可能是苯甲酸乙酯中混有未除凈的苯甲酸，
故答案為：在苯甲酸乙酯中有未除盡的苯甲酸，受熱至100℃時(shí)升華．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，明確制備原理為解答關(guān)鍵，試題涉及酯化反應(yīng)原理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法、產(chǎn)率的計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素等知識(shí)，注意掌握物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)原則，試題充分考查了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力，題目難度中等．