Question

15．水楊酸甲酯又叫冬青油，是一種重要的有機合成原料．某化學小組用水楊酸和甲醇在酸性催化劑下合成水楊酸（）甲酯并計算其產(chǎn)率．實驗步驟如下：
Ⅰ．如圖，在三頸燒瓶中加入6.9g　（0.05mol）水楊酸和24g（30mL，0.75mol）甲醇，以及約10mL甲苯（甲苯與水形成的共沸物，其沸點為85℃；該實驗中加入甲苯，易將水蒸出），再小心地加入5mL濃硫酸，搖動混勻后加入1～2粒沸石，組裝好實驗裝置，在85～95℃下恒溫加熱反應1.5小時：
Ⅱ．待裝置冷卻后，分離出甲醇，然后轉移至分液漏斗，依次用少量水、5%NaHCO₃溶液和水洗滌；分出的產(chǎn)物加入少量無水MgSO₄固體，過濾得到粗酯；
Ⅲ．將粗酯進行蒸餾，收集221℃～224℃的餾分，得水楊酸甲酯5.3g．
常用物理常數(shù)如下：

名稱	分子量	顏色狀態(tài)	相對密度	熔點（℃）	沸點（℃）
水楊酸甲酯	152	無色液體	1.18	-8.6	224
水楊酸	138	白色晶體	1.44	158	210
甲醇	32	無色液體	0.792	-97	64.7

請根據(jù)以上信息回答下列問題：
（1）儀器A的名稱是冷凝管，制備水楊酸甲酯時，最合適的加熱方法是水浴加熱．
（2）實驗中加入沸石的作用是防暴沸；
（3）加入甲苯的作用是將反應產(chǎn)生的水從反應體系中分離出來，使合成水楊酸甲酯反應的化學平衡向右移動，從而提高反應的產(chǎn)率．
（4）反應結束后，分離甲醇所采用操作的名稱是蒸餾．
（5）洗滌操作中，前后兩次水洗的目的分別是為了洗掉洗掉大部分硫酸和洗掉碳酸氫鈉．
（6）在蒸餾操作中，儀器選擇及安裝都正確的是（填標號）b．

（7）本實驗的產(chǎn)率為70%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 Ⅰ．在濃硫酸作用下水楊酸和甲醇發(fā)生酯化反應生成水楊酸甲酯，發(fā)生酯化反應時生成水，水和甲苯能形成共沸物，從而易將水蒸出，使得平衡向右移動，水在低溫下?lián)]發(fā)，同時減少了甲醇的消耗，從而提高反應的產(chǎn)率；加熱時加入沸石能防止溶液暴沸，從而減小安全事故的發(fā)生；發(fā)生酯化反應溫度低于100℃，最好使用水浴加熱，易控制溫度；
Ⅱ．反應后的溶液要經(jīng)過多次洗滌，在洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是除去大部分催化劑硫酸，5%NaHCO₃溶液既可以除去未洗凈的硫酸，也可以降低酯的溶解度，但第二步洗滌后生成的酯中混有NaHCO₃，所以第二次水洗，主要目的是除去產(chǎn)品中殘留的碳酸氫鈉；用硫酸鎂吸收水分；
Ⅲ．互溶的液體應該采用蒸餾方法分離，所以將粗酯進行蒸餾，收集221℃～224℃的餾分，得水楊酸甲酯．
（1）儀器A的名稱是冷凝管；水浴加熱適用于降低溫度的加熱；
（2）沸石有防暴沸作用；
（3）甲苯和水能形成共沸物，使合成水楊酸甲酯反應的化學平衡向右移動，從而提高反應的產(chǎn)率；
（4）互溶的液體采用蒸餾方法分離；
（5）水能溶解可溶酸、堿、鹽；
（6）蒸餾時，溫度計測量餾分溫度；
（7）先根據(jù)水楊酸和甲醇的物質的量，然后判斷過量情況，根據(jù)不足量計算出理論上生成水楊酸甲酯的物質的量，最后根據(jù)實際上制取的水楊酸甲酯計算出產(chǎn)率．

解答 解：Ⅰ．在濃硫酸作用下水楊酸和甲醇發(fā)生酯化反應生成水楊酸甲酯，發(fā)生酯化反應時生成水，水和甲苯能形成共沸物，從而易將水蒸出，使得平衡向右移動，水在低溫下?lián)]發(fā)，同時減少了甲醇的消耗，從而提高反應的產(chǎn)率；加熱時加入沸石能防止溶液暴沸，從而減小安全事故的發(fā)生；發(fā)生酯化反應溫度低于100℃，最好使用水浴加熱，易控制溫度；
Ⅱ．反應后的溶液要經(jīng)過多次洗滌，在洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是除去大部分催化劑硫酸，5%NaHCO₃溶液既可以除去未洗凈的硫酸，也可以降低酯的溶解度，但第二步洗滌后生成的酯中混有NaHCO₃，所以第二次水洗，主要目的是除去產(chǎn)品中殘留的碳酸氫鈉；用硫酸鎂吸收水分；
Ⅲ．互溶的液體應該采用蒸餾方法分離，所以將粗酯進行蒸餾，收集221℃～224℃的餾分，得水楊酸甲酯．
（1）儀器A的名稱是冷凝管；水浴加熱適用于降低溫度的加熱，制取水楊酸甲酯所需溫度低于100℃，最好使用水浴加熱，易控制溫度，故答案為：冷凝管；水浴加熱；
（2）沸石有防暴沸作用，防止安全事故的發(fā)生，故答案為：防暴沸；
（3）水和甲苯能形成共沸物，從而易將水蒸出，使得平衡向右移動，水在低溫下?lián)]發(fā)，同時減少了甲醇的消耗，從而提高反應的產(chǎn)率，故答案為：反應產(chǎn)生的水；
（4）互溶的液體采用蒸餾方法分離，甲醇和水楊酸甲酯互溶，應該采用蒸餾方法分離，故答案為：蒸餾；
（5）反應后的溶液要經(jīng)過多次洗滌，在洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是除去大部分催化劑硫酸，5%NaHCO₃溶液既可以除去未洗凈的硫酸，也可以降低酯的溶解度，但第二步洗滌后生成的酯中混有NaHCO₃，所以第二次水洗，主要目的是除去產(chǎn)品中殘留的碳酸氫鈉，故答案為：洗掉大部分硫酸；洗掉碳酸氫鈉；
（6）蒸餾時，溫度計測量餾分溫度，只有b中溫度計測量的是餾分溫度，故選b；
（7）水楊酸和甲醇的物質的量分別為：0.05mol、0.75mol，由于水楊酸和甲醇是按照1：1進行反應，所以甲醇過量，生成水楊酸甲酯的量要按照水楊酸的物質的量計算，即理論上生成0.05mol水楊酸甲酯；實際上生成的水楊酸甲酯的質量為5.3g，物質的量為：$\frac{5.3g}{152g/mol}$=0.0349mol，所以實驗中水楊酸甲酯的產(chǎn)率為$\frac{0.0349mol}{0.05mol}$×100%=70%，故答案為：70%．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高頻考點，涉及常見儀器的構造與安裝、混合物的分離、提純、物質的制取、物質產(chǎn)率的計算等知識，明確實驗基本操作及各物質性質是解本題關鍵，難點是（5）中各洗滌劑的作用，題目難度中等．