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?????? ，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：?????????? ，甲醇過量的原因???????????????? 。?

（2）如果加熱一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)忘記加碎瓷片，應(yīng)該采取的正確操作是?????? 。

（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為????? 。

（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

【答案】

（1）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）冷卻后補(bǔ)加

（3）乙

（4）分液；蒸餾

（5）將分液漏斗上口的玻璃塞打開（或使塞上的凹槽對準(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）65 %

【解析】

試題分析：（1）甲醇和苯甲酸在濃硫酸作催化劑的條件下加熱發(fā)生酯化反應(yīng)得到苯甲酸甲酯和水。由于濃硫酸有吸水性，吸收反應(yīng)產(chǎn)生的水，使酯化反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，可以提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品的產(chǎn)率。所以在該反應(yīng)中濃硫酸的作用是作催化劑和吸水劑。酯化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是酸脫羥基醇脫氫。所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。甲醇要過量是因?yàn)?/span>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）如果加熱一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)忘記加碎瓷片，應(yīng)該冷卻后再補(bǔ)加。（3）甲雖然采用了冷卻裝置，但甲醇已經(jīng)脫離了反應(yīng)體系，對提高反應(yīng)物的利用率不利，丙沒有冷卻降溫裝置，會導(dǎo)致一部分反應(yīng)物及產(chǎn)物揮發(fā)逸出，無論是對環(huán)境還是對產(chǎn)品的制取都不利。而乙把甲、丙的優(yōu)點(diǎn)集結(jié)在一起，既減少了反應(yīng)物的揮發(fā)消耗，也提高了產(chǎn)品的產(chǎn)率。故選擇裝置。（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，先加入水可以溶解硫酸，再加入飽和的Na2CO3溶液，既可以反應(yīng)消耗苯甲酸，也可以降低苯甲酸甲酯的溶解度。由于它們是互補(bǔ)相容的液體，因此可常用分液的方法分離。在分液得到的有機(jī)物中因?yàn)榧状寂c苯甲酸甲酯的沸點(diǎn)不同，將它們通過蒸餾分離開來。（5）分液的具體操作是：將分液漏斗上口的玻璃塞打開（或使塞上的凹槽對準(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）n（苯甲酸） =m/M=12.2g ÷122g/mol=0.1mol;n（甲醇）=（ 20×0.79g） ÷32g/mol=15.8g÷32g/mol =0.494mol。苯甲酸的物質(zhì)的量不足，應(yīng)該以苯甲酸為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算。n（苯甲酸甲酯）= m/M=8.84g÷ 136g/mol=0.065mol. 苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為（0.065mol÷0.1mol）×100%=65 %

考點(diǎn)：考查在酯化反應(yīng)中濃硫酸的作用、實(shí)驗(yàn)操作、儀器是選擇、分離混合物的方法、物質(zhì)產(chǎn)率的計(jì)算等有機(jī)合成的知識。