Question

13．乙酸正丁酯是醫(yī)藥合成的重要中間體，某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中用乙酸和正丁醇來制取，實(shí)驗(yàn)操作如下：
Ⅰ．將混合液（18.5mL正丁醇和13.4mL乙酸（過量），0.4mL濃硫酸）置于儀器A中并放入適量沸石（見圖I，沸石及加熱裝置等略去），然后加熱回流約20分鐘．
Ⅱ．將反應(yīng)后的溶液進(jìn)行如下處理：①用水洗滌，②用試劑X干燥，③用10% Na₂CO₃溶液洗滌．
Ⅲ．將所得到的乙酸正丁酯粗品轉(zhuǎn)入蒸餾燒瓶中進(jìn)行蒸餾，最后得到17.1g乙酸正丁酯．
部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示：

化合物	相對分子質(zhì)量	密度/（g•mL-1）	沸點(diǎn)/℃	溶解度（g）/（100g水）
正丁醇	74	0.80	118.0	9
乙酸	60	1.045	118.1	互溶
乙酸正丁酯	1 1 6	0.882	126.1	0.7

（1）儀器A的名稱是三頸燒瓶使用分水器（實(shí)驗(yàn)中可分離出水）能提高酯的產(chǎn)率，其原因是不斷分離出水，使容器內(nèi)H₂O濃度變小，有利于平衡向酯化反應(yīng)方向移動
（2）步驟Ⅱ中的操作順序?yàn)棰佗邰佗冢ㄌ钚蛱枺�，用Na₂CO₃溶液洗滌的目的是除去殘留在產(chǎn)品中的酸，試劑X不能選用下列物質(zhì)中的b（填字母序號）．
a．無水硫酸鎂    b．新制生石灰    c．無水硫酸鈉
（3）步驟Ⅲ（部分裝置如圖Ⅱ所示）．
①蒸餾過程中需要使用直形冷凝管，當(dāng)儀器連接好后，
a．向相應(yīng)的冷凝管中通冷凝水；
b．加熱蒸餾燒瓶的先后順序是先a后b．（填“先a后b“或“先b后a”）
②溫度計(jì)水銀球所處的位置不同，會影響?zhàn)s出物的組成，當(dāng)溫度計(jì)水銀球分別位于圖Ⅱ中的a、b（填“a”“b”“c”或“d”）點(diǎn)時會導(dǎo)致收集到的產(chǎn)品中混有較多的低沸點(diǎn)雜質(zhì)．
（4）該實(shí)驗(yàn)乙酸正丁酯的產(chǎn)率是74%（計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）由裝置圖可知儀器A的名稱是三頸燒瓶，根據(jù)酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，減小生成物濃度，平衡正向移動分析；
（2）首先用水除去大部分可溶于水的硫酸等雜質(zhì)，再用Na₂C0₃溶液除去殘留的酸，再用水除去殘留在產(chǎn)品中的Na₂C0₃溶液，殘留的水再用于燥劑除去；根據(jù)Ca0吸水后生成堿會導(dǎo)致酯水解判斷；
（3）①直形冷凝管能使液化產(chǎn)品能全部順利地進(jìn)入接收器中；為確保蒸餾產(chǎn)物全部液化，應(yīng)先向冷凝管中通冷卻水；
②同一燒瓶中，反應(yīng)液的溫度高于氣體溫度，蒸氣溫度從下向上溫度逐漸降低，據(jù)此分析；
（4）先根據(jù)正丁醇的量計(jì)算理論上酯的量，再實(shí)際上酯的量與理論值之比即為酯的產(chǎn)率．

解答 解：（1）由裝置圖可知儀器A的名稱是三頸燒瓶，將水分離出來，使產(chǎn)物中水的濃度減小，有利于酯化反應(yīng)向右進(jìn)行，所以使用分水器（實(shí)驗(yàn)中可分離出水）能提高酯的產(chǎn)率，故答案為：三頸燒瓶；不斷分離出水，使容器內(nèi)H₂O濃度變小，有利于平衡向酯化反應(yīng)方向移動；
（2）首先用水除去大部分可溶于水的硫酸等雜質(zhì)，再用Na₂C0₃溶液除去殘留的酸，再用水除去殘留在產(chǎn)品中的Na₂C0₃溶液，殘留的水再用于燥劑除去，所以步驟Ⅱ中的操作順序?yàn)棰佗邰佗�；因Ca0吸水后生成堿會導(dǎo)致酯水解，故不宜用Ca0作干燥劑，所以選b；故答案為：①③①②；除去殘留在產(chǎn)品中的酸；b；
（3）①為使液化產(chǎn)品能全部順利地進(jìn)入接收器中，應(yīng)使用直形冷凝管；為確保蒸餾產(chǎn)物全部液化，應(yīng)先向冷凝管中通冷卻水，然后加熱燒瓶使溫度迅速升溫到沸點(diǎn)，所以先后順序是先a后b；故答案為：直；先a后b；
②同一燒瓶中，反應(yīng)液的溫度高于氣體溫度，蒸氣溫度從下向上溫度逐漸降低，故當(dāng)溫度計(jì)的水銀球低于蒸餾燒瓶的支管口處時，會有較多沸點(diǎn)較低的物質(zhì)夾雜在酯蒸氣中，所以位于圖Ⅱ中的a、b，故答案為：a、b；
（4）18.5mL正丁醇的質(zhì)量是18.5 mL×0.8 g/mL=14.8 g，設(shè)理論上得到乙酸正丁酯的質(zhì)量是x，
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
                        74 9                           116 g
                      14.8 g                           x
所以x=116 g×14.8 g÷74 g=23.2 g
生成乙酸正丁酯的產(chǎn)率是：17.1 g÷23.2 g×100%=74%，故答案為：74%．

點(diǎn)評 本題制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，明確乙酸正丁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，注意掌握制備方案設(shè)計(jì)與評價的原則，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)知識的能力．