Question

17．有機(jī)物的反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)發(fā)生，因此 需要分離提純．有一種水果香精的合成步驟如下：
Ⅰ合成：
在干燥的圓底燒瓶中加入11.5mL（9.3g，0.125mol）正丁醇、7.2mL（7.5g，0.125mol）冰醋酸和3～4滴濃H₂SO₄，搖勻后，加幾粒沸石，再按圖1所示裝置安裝好．在分水器中預(yù)先加入5.00mL水，其水面低于分水器回流支管下沿3～5mm，然后用小火加熱，反應(yīng)大約40min．
Ⅱ分離提純：
①將燒瓶中反應(yīng)后的混合物冷卻后與分水器中的酯層合并，轉(zhuǎn)入分液漏斗，依次用10mL水、10mL 10% 碳酸鈉溶液洗至中性，充分振蕩后靜置，分去水層．
②將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無(wú)水硫酸鎂干燥．
③將乙酸正丁酯粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)入50mL蒸餾燒瓶中，加幾粒沸石進(jìn)行常壓蒸餾，收集產(chǎn)品．
主要試劑及產(chǎn)物的物理常數(shù)如下：

化合物	正丁醇	冰醋酸	乙酸正丁酯	正丁醚
密度/（g/mL）	0.810	1.049	0.882	0.7689
沸點(diǎn)/℃	117.8	118.1	126.1	143
在水中的溶解性	易溶	易溶	難溶	難溶

制備過(guò)程中還可能有的副反應(yīng)：
2CH₃CH₂CH₂CH₂OHCH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
（1）合成和分離過(guò)程中均使用沸石，其作用防止液體加熱時(shí)發(fā)生暴沸．
（2）如圖1整個(gè)裝置可看作由分水器、圓底燒瓶和冷凝管組成，其中冷水應(yīng)從b（填a或b）管口通入．
（3）在操作步驟②后（即酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后），應(yīng)先過(guò)濾（填實(shí)驗(yàn)操作名稱），然后將乙酸正丁酯粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)入蒸餾燒瓶中，如果蒸餾裝置如圖2所示，則收集到的產(chǎn)品中可能混有正丁醚雜質(zhì)．
（4）步驟③的常壓蒸餾，需控制一定的溫度，你認(rèn)為在BD中加熱比較合適（請(qǐng)從下列選項(xiàng)中選擇）．
A．水                  B．甘油（沸點(diǎn)290℃）
C．沙子                D．石蠟油（沸點(diǎn)200～300℃）
（5）如何根據(jù)裝置中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷該合成反應(yīng)達(dá)到了終點(diǎn)分水器中水面不再升高．
（6）反應(yīng)結(jié)束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g/mL），則正丁醇的利用率約為88%．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)裝置中加入的固體沸石，目的是防止暴沸；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，有利于冷卻；
（3）酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后，應(yīng)過(guò)濾除去干燥劑；反應(yīng)中發(fā)生副反應(yīng)得到正丁醚，而正丁醚難溶，正丁醇、醋酸溶于水，制備的物質(zhì)中含有正丁醚；
（4）乙酸正丁酯的沸點(diǎn)是126.1℃，選擇沸點(diǎn)稍高的液體加熱；
（5）分水器中水面不再升高說(shuō)明反應(yīng)結(jié)束；
（6）計(jì)算生成水的質(zhì)量，根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)正丁醇的產(chǎn)量，正丁醇的利用率=$\frac{參加反應(yīng)的質(zhì)量}{投入的總質(zhì)量}$×100%．

解答 解：（1）合成和分離過(guò)程中均使用沸石，其作用是防止液體加熱時(shí)發(fā)生暴沸，
故答案為：防止液體加熱時(shí)發(fā)生暴沸；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，其中冷水應(yīng)從b管口通入，從a管中流出，有利于冷卻，
故答案為：b；
（3）酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后，應(yīng)過(guò)濾除去干燥劑；正丁醇和乙酸易溶于水，在用水洗、10%碳酸鈉溶液洗時(shí)，已經(jīng)被除去，正丁醚與乙酸丁酯互溶，水洗和10%碳酸鈉溶液洗時(shí)不能除去，所以蒸餾時(shí)會(huì)有少量揮發(fā)進(jìn)入乙酸丁酯，則乙酸正丁酯的雜質(zhì)為正丁醚，
故答案為：過(guò)濾；正丁醚；
（4）乙酸正丁酯的沸點(diǎn)是126.1℃，選擇沸點(diǎn)稍高的液體加熱，所以可以在甘油和石蠟油中加熱，水的沸點(diǎn)為100℃，加熱溫度太低，用砂子加熱溫度太高不易控制，故選：BD；
（5）合成反應(yīng)中生成水，分離回流到分水器中，分水器中水面不再升高說(shuō)明反應(yīng)結(jié)束，
故答案為：分水器中水面不再升高；
（6）反應(yīng)結(jié)束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g•mL^-1），則反應(yīng)生成的水為6.98mL-5.00mL=1.98mL，即1.98g，設(shè)參加反應(yīng)的正丁醇為x，
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
         74                                                                                     18
         x                                                                                      1.98g
則x=$\frac{74×1.98g}{18g}$=8.14g，
則正丁醇的利用率為$\frac{8.14g}{9.3g}$×100%=88%，
故答案為：88%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)，涉及實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)原理、物質(zhì)的性質(zhì)的應(yīng)用、分離提純、有關(guān)方程式的計(jì)算等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和數(shù)據(jù)處理能力．