Question

5．某研究性小組探究乙酸乙酯的反應(yīng)機(jī)理，相關(guān)物理性質(zhì)（常溫常壓）及儀器如下：

	密度g/mL	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃	水溶性
乙醇	0.79	-114	78	溶
乙酸	1.049	16.2	117	溶
乙酸乙酯	0.902	-84	76.5	不溶

已知：當(dāng)乙酸乙酯安裝物質(zhì)的量1：1投料時(shí)，乙酸的轉(zhuǎn)化率為65%，當(dāng)乙酸和乙醇按照物質(zhì)的量1：10投料時(shí)，乙酸的轉(zhuǎn)化率為97%（數(shù)據(jù)均在120℃下測(cè)定）．
實(shí)驗(yàn)過程：
Ⅰ．合成反應(yīng)：在三頸燒瓶中加入乙醇5mL，濃硫酸5mL，2小片碎瓷片．漏斗加入乙酸14.3 mL，乙醇20 mL．冷凝管中通入冷卻水后，開始緩慢加熱，控制滴加速度等于蒸餾速度，反應(yīng)溫度不超過120℃．
Ⅱ．分離提純：將反應(yīng)粗產(chǎn)物倒入分液漏斗中，依次用少量飽和的Na₂CO₃溶液、飽和NaCl溶液、飽和CaCl₂溶液洗滌，分離后加入無水碳酸鉀，靜置一段時(shí)間后棄去碳酸鉀．最終通過蒸餾得到純凈的乙酸乙酯．   
回答下列問題：
（1）酯化反應(yīng)的機(jī)理探究
 A、乙醇羥基氧示蹤
CH₂COOCH₂CH₃$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃CO¹⁸OCH₂CH₃+H₂O
B、用醋酸烴基氧示蹤

實(shí)驗(yàn)B發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物中含氧-18水占到總水量的一半，酯也一樣．這個(gè)實(shí)驗(yàn)推翻了酯化反應(yīng)為簡(jiǎn)單的取代反應(yīng)的結(jié)論．請(qǐng)你設(shè)想酯化反應(yīng)的機(jī)理先加成反應(yīng)生成后消去失水，失水有兩種可能分別生成．
（2）酯化反應(yīng)是一個(gè)可逆的反應(yīng)，120℃時(shí)，平衡常數(shù)K=3.45． 
（3）如果加熱一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)忘記加瓷片，應(yīng)該采取的正確操作是B（填正確答案標(biāo)號(hào)）． 
A．立即補(bǔ)加     B．冷卻后補(bǔ)加     C．不需補(bǔ)加      D．重新配料 
（4）本實(shí)驗(yàn)用到的量取液體體積的儀器是量筒，濃硫酸與乙醇混合應(yīng)怎樣操作？先加入乙醇后加入硫酸，邊振蕩加滴加．    
（5）控制滴加乙酸和乙醇混和液的速度等于蒸餾速度目的是保證乙醇量是乙酸量10倍以上，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率．   
（6）蒸出的粗乙酸乙酯中主要有哪些雜質(zhì)乙醚、乙酸、乙醇和水．用飽和NaCl溶液洗滌除去殘留的Na₂CO₃溶液，為什么不用水？減少乙酸乙酯溶解．

Answer 1

分析 （1）乙酸分子中含有碳氧雙鍵，酯化反應(yīng)的歷程可能是首先乙酸和乙醇發(fā)生加成反應(yīng)，后消去生成酯；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（3）液體加熱要加碎瓷片，防止暴沸；忘記加瓷片，應(yīng)該采取冷卻后補(bǔ)加；
（4）量取液體體積時(shí)需要量筒；從濃硫酸溶于水放熱分析；
（5）乙酸乙酯的制備反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和提高產(chǎn)率，通常采取增大某反應(yīng)物的濃度或減小生產(chǎn)物的濃度的方法；
（6）根據(jù)該反應(yīng)的特點(diǎn)解答；用飽和NaCl溶液洗滌除去殘留的Na₂CO₃溶液，減少乙酸乙酯溶解．

解答 解：（1）用醋酸羥基氧示蹤含氧18水占到總水量的一半，酯也一樣，說明酯化反應(yīng)的歷程可能是首先乙酸分子中含有碳氧雙鍵打開發(fā)生加成反應(yīng)，氧上連氫原子，碳上連乙氧基，生成，連在同一碳上的兩個(gè)羥基不穩(wěn)定，會(huì)失水發(fā)生消去反應(yīng)，失水有兩種情況，可能分別生成，
故答案為：先加成反應(yīng)生成后消去失水，失水有兩種可能分別生成；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，平衡常數(shù)只受溫度影響，120℃時(shí)，取CH₃COOH與C₂H₅OH投料比為1：1，產(chǎn)率65%，則K=$\frac{C（C{H}_{3}COO{C}_{2}{H}_{5}）C（{H}_{2}O）}{C（C{H}_{3}COOH）C（{C}_{2}{H}_{5}OH）}$=$\frac{0.65×0.65}{0.35×0.35}$=3.45，
故答案為：3.45； 
（3）液體乙酸乙醇沸點(diǎn)低，加入沸石（碎瓷片），可以通過孔隙凝聚蒸汽，使成為氣泡浮出，防止暴沸，如果加熱一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)忘記加瓷片，應(yīng)該采取的正確操作是冷卻后補(bǔ)加，
故答案為：B；
（4）量取液體體積時(shí)需要量筒，為防止酸液飛濺，應(yīng)將密度大的液體加入到密度小的液體中，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，
故答案為：量筒；先加入乙醇后加入硫酸，邊振蕩加滴加；
（5）通過分液漏斗中邊滴加乙酸和乙醇混和液邊加熱蒸餾，可以不斷增大乙酸和乙醇混和液的濃度，減小乙酸乙酯的濃度，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，控制滴加乙酸和乙醇混和液的速度等于蒸餾速度目的保證乙醇量是乙酸量10倍以上，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：保證乙醇量是乙酸量10倍以上，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率；
（6）該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，同時(shí)有副反應(yīng)2C₂H₅OH$→_{140℃}^{濃硫酸}$C₂H₅OC₂H₅+H₂O，所以反應(yīng)物和生成物共存，蒸出的粗乙酸乙酯中主要有乙醚、乙酸、乙醇和水，飽和的Na₂CO₃溶液洗滌除去乙酸，減少乙酸乙酯溶解，故答案為：乙醚、乙酸、乙醇和水；減少乙酸乙酯溶解．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)室制備乙酸乙酯的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，題目難度較大，本題注意把握實(shí)驗(yàn)操作原理，把握題給信息，掌握實(shí)驗(yàn)操作方法，學(xué)習(xí)中注意積累．