Question

【題目】Ⅰ．呋喃甲酸是一種抗生素，在食品工業(yè)中作防腐劑，也作涂料添加劑醫(yī)藥、香料等中間體，可用呋喃甲醛制備，其實驗原理和制備步驟如下：

2+NaOH→+ H＜0

步驟③提純過程：溶解→活性炭脫色→趁熱過濾→冷卻結(jié)晶→抽濾→洗滌→干燥。

(1)步驟①的關(guān)鍵是控制溫度，其措施有：磁力攪拌、__________和緩慢滴加溶液。

(2)步驟②中，加入無水的作用_______。

(3)呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中溶解度(S)隨溫度(T)變化的曲線如圖。步驟③提純時合適的溶解試劑是________。

Ⅱ．利用呋喃甲酸制取的呋喃甲酸正丁酯是一種優(yōu)良的有機溶劑。某化學(xué)興趣小組在實驗室用呋喃甲酸和正丁醇制備呋喃甲酸正丁酯，有關(guān)物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)及實驗裝置如圖所示：

化合物	相對分子質(zhì)量	密度()	沸點(℃)	溶解度(g/100g水)
呋喃甲酸	112	1.322	230-232	4.33
正丁醇	74	0.81	117.3	9
呋喃甲酸正丁酯	168	1.053	136.1	0.7

分水器的操作方法：先將分水器裝滿水(水位與支管口相平)，再打開活塞，準(zhǔn)確放出一定體積的水。在制備過程中，隨著加熱回流，蒸發(fā)后冷凝下來的有機液體和水在分水器中滯留分層，水并到下層(反應(yīng)前加入的)水中；有機層從上面溢出，流回反應(yīng)容器。當(dāng)水層增至支管口時，停止反應(yīng)。

呋喃甲酸正丁酯合成和提純步驟為：

第一步：取足量的正丁醇和呋喃甲酸混合加熱發(fā)生酯化反應(yīng)，反應(yīng)裝置如圖a所示(加熱儀器已省略)；

第二步：依次用水、飽和溶液、水對燒瓶中的產(chǎn)品洗滌并干燥；

第三步：用裝置b蒸餾提純。

回答有關(guān)問題：

(4)裝置A的名稱_________。

(5)實驗中使用分水器的優(yōu)點有________。

(6)第二步用飽和溶液洗滌的目的是______。

(7)若實驗中得到呋喃甲酸正丁酯，則呋喃甲酸正丁酯的產(chǎn)率為________。實驗中呋喃甲酸正丁酯的實際產(chǎn)率總是小于此計算值，不可能原因是_______(填字母代號)。

A．分水器收集的水里含呋喃甲酸正丁酯

B．該實驗條件下發(fā)生副反應(yīng)

C．產(chǎn)品精制時收集部分低沸點物質(zhì)

D．產(chǎn)品在洗滌、蒸發(fā)過程中有損失

Answer 1

【答案】冷水浴 干燥 A 三頸燒瓶 及時分離出水，有利于酯化反應(yīng)朝正反應(yīng)方向移動 除去產(chǎn)品中含有的呋喃甲酸(硫酸)等雜質(zhì) 43.5% C

【解析】

(1)制備呋喃甲酸反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需保持溫度為8℃-12℃，可用冷水浴控制溫度，磁力攪拌散熱也可控制溫度，通過控制滴加反應(yīng)物的速率也可控制反應(yīng)的溫度；

(2)步驟②中有機層為呋喃甲醇和少量的水，用無水硫酸鎂可以干燥呋喃甲醇；

(3)呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中的溶解度，由溶解度曲線可知，在溶劑物質(zhì)A中的溶解度隨溫度的升高而增大明顯；在溶劑物質(zhì)B、C中的溶解度隨溫度的升高而不明顯；

(4)根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)特征，儀器A為三頸瓶；

(5)根據(jù)分水器的作用結(jié)合平衡移動的原理進行分析；

(6)類比于書本中乙酸乙酯的制備實驗中碳酸鈉的作用進行解題；

(7)根據(jù)足量的正丁醇和呋喃甲酸發(fā)生酯化反應(yīng)進行計算，并分析造成產(chǎn)率偏低的原因。

(1)制備呋喃甲酸反應(yīng)△H＜0，為放熱反應(yīng)，制備呋喃甲酸需保持溫度為8℃-12℃，溫度過高會降低其產(chǎn)率，反應(yīng)溫度較高，控制溫度可用冷水浴法；攪拌也可以散熱控制溫度，所以還可用磁力攪拌的方法，讓反應(yīng)速率減小控制溫度，所以可用緩慢滴加NaOH溶液的方法，答案為：冷水��；

(2)步驟②中有機層中呋喃甲醇還含有水等雜質(zhì)，而無水硫酸鎂可以吸水形成帶結(jié)晶水的晶體作干燥劑，答案為：干燥劑；

(3)由溶解度曲線可知：呋喃甲酸在A、B、C三種溶劑中的溶解度，在溶劑物質(zhì)A中的溶解度隨溫度的升高而增大明顯，在溶劑物質(zhì)B、C中的溶解度隨溫度的升高而增大程度不明顯，所以選擇合適的溶解溶劑是A，降溫結(jié)晶時就是利用于溶解度隨溫度變化明顯的物質(zhì)，答案為：A；

(4)根據(jù)儀器的特征，儀器a為三頸燒瓶，答案為：三頸燒瓶；

(5)分水器的作用是把反應(yīng)產(chǎn)生的水從反應(yīng)體系中分離開來，也就是降低產(chǎn)物的濃度使得平衡反應(yīng)向右移動，從而提高反應(yīng)的產(chǎn)量，答案為：及時分離出水，有利于酯化反應(yīng)朝正反應(yīng)方向移動；

(6)碳酸鈉可與硫酸、呋喃甲酸反應(yīng)，則步驟②加入Na2CO3，可吸收硫酸以及未反應(yīng)的呋喃甲酸，同時降低酯的溶解度，答案為：除去產(chǎn)品中含有的呋喃甲酸(硫酸)等雜質(zhì)；

(7)由足量的正丁醇和呋喃甲酸混合加熱發(fā)生酯化反應(yīng)，可生成的呋喃甲酸正丁酯的質(zhì)量為：根據(jù)反應(yīng)找關(guān)系式，1mol呋喃甲酸～1mol呋喃甲酸正丁酯，由， ，解得：m(酯)=21.22g，故產(chǎn)率為 ，答案為：43.5%

A．分水器收集的水里含呋喃甲酸正丁酯，使得最終收集到得呋喃甲酸正丁酯減少，產(chǎn)率降低，A不符合題意；

B．該實驗條件下發(fā)生副反應(yīng)，將有更多得呋喃甲酸轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)，最終收集到得呋喃甲酸正丁酯減少，產(chǎn)率降低，B不符合題意；

C．產(chǎn)品精制時收集部分低沸點物質(zhì)，使得最終收集到得產(chǎn)品增多，將使產(chǎn)率增大，C符合題意；

D．產(chǎn)品在洗滌、蒸發(fā)過程中有損失，使得最終收集到得產(chǎn)品減少，將使產(chǎn)率降低，D不符合題意；

故答案為：C。