Question

6．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)的沸點和相對分子質(zhì)量如表：
Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品

物質(zhì)	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸點/℃	64.7	249	199.6
相對分子質(zhì)量	32	122	136

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：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH催化劑加熱$?_{△}^{催化劑}$H₅COOCH₃+H₂¹⁸O，甲醇過量的原因該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甲醇比苯甲酸價廉，且甲醇沸點低，易損失，增加甲醇的量，可提高產(chǎn)率．
（2）如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加碎瓷片，應(yīng)該采取的正確操作是冷卻后補加．
（3）甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計了如圖1三套實驗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)有機物的特點，最好采用裝置乙（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)擬用圖2流程圖進行精制，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為分液，蒸餾．
（5）如圖2流程圖中加入Na₂CO₃溶液后，放入分液漏斗中振蕩、靜置，要得到有機層，其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關(guān)閉活塞，將有機層從分液漏斗上口倒入另一干凈的容器（或燒杯）中．
（6）苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為65%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)酯化反應(yīng)中濃硫酸的作用進行解答；酯化反應(yīng)機理為酸脫羥基醇脫氫，據(jù)此寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；從甲醇沸點較低、價格較低反應(yīng)物濃度對化學(xué)平衡的影響方面分析；
（2）如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加碎瓷片，需要冷卻后加入；
（3）根據(jù)甲圖、乙圖裝置的圓底燒瓶上沒有冷凝管及甲醇易揮發(fā)進行分析；
（4）分液用于分離兩種不互溶的液體，蒸餾用于互溶但沸點相差較大的兩種（或兩種以上）液體分離；
（5）苯甲酸甲酯的密度小于水溶液，在混合液上層，上層液體從分液漏斗上口倒出，下層液體從分液漏斗下口放出；
（6）產(chǎn)率=$\frac{實際量}{理論量}$×100%，根據(jù)反應(yīng)物的物質(zhì)的量判斷過量，根據(jù)不足量計算出理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量，再計算出其產(chǎn)率．

解答 解：（1）濃硫酸在酯化反應(yīng)中起到了催化劑作用，酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，濃硫酸吸收反應(yīng)生成的水，可以促進酯的生成，濃硫酸起到了吸水劑的作用，苯甲酸與甲醇在濃硫酸作用下的酯化反應(yīng)為：苯甲酸脫去羥基，據(jù)此脫去羥基中的氫原子，二者反應(yīng)生成苯甲酸甲酯，所以水中¹⁸O原子來自苯甲酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{催化劑}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甲醇比苯甲酸價廉，且甲醇沸點低，易損失，增加甲醇的量，可提高苯甲酸甲酯的產(chǎn)率，
故答案為：催化劑和吸水劑；C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{催化劑}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甲醇比苯甲酸價廉，且甲醇沸點低，易損失，增加甲醇的量，可提高產(chǎn)率；
（2）如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加碎瓷片，應(yīng)該采取的正確操作是冷卻后加入，防止液體暴沸，
故答案為：冷卻后補加；
（3）由裝置圖可知，乙圖的圓底燒瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，甲圖和丙圖則沒有，而本題中反應(yīng)物甲醇沸點低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸點遠(yuǎn)高于甲醇，若采用甲圖、丙圖，甲醇必定會大量揮發(fā)，不利于合成反應(yīng)，所以應(yīng)冷凝回流，減少甲醇的揮發(fā)，提高產(chǎn)率，
故答案為：乙；
（4）苯甲酸甲酯不溶于水，操作Ⅰ分離出互不相溶的液體，通常采用分液操作完成；甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，二者沸點不同，可以通過蒸餾操作分離，
故答案為：分液，蒸餾；
（5）加入Na₂CO₃溶液后，放入分液漏斗中振蕩、靜置，要得到有機層，其具體操作方法為：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關(guān)閉活塞，將有機層從分液漏斗上口倒入另一干凈的容器（或燒杯）中，
故答案為：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關(guān)閉活塞，將有機層從分液漏斗上口倒入另一干凈的容器（或燒杯）中；
（6）12.2g苯甲酸的物質(zhì)的量為：$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，20mL甲醇（密度約0.79g/mL）的物質(zhì)的量為：$\frac{0.79g/ml×20ml}{32g/mol}$=0.49mol＞0.1mol，
則理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量為：0.1mol，質(zhì)量為：136g/mol×0.1mol=13.6g，則苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為：$\frac{8.84g}{13.6g}$×100%=65%，
故答案為：65%．

點評 本題通過苯甲酸甲酯的制備方法，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計與評價，題目難度中等，明確物質(zhì)的制備原理為解答此類題的關(guān)鍵，該烴為乙酸乙酯的制備知識的遷移題目，充分考查了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．