Question

1．某化學(xué)小組以苯甲酸為原料，制取苯甲酸甲酯，已知有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)如表：

物質(zhì)	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸點(diǎn)/℃	64.7	249	199.6

Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品在圓底燒瓶中加入12.2g苯甲酸和20mL甲醇（密度約為0.79g•cm^-3），再小心加入
3mL濃硫酸，混勻后，投入幾塊碎瓷片，小心加熱使反應(yīng)完全，得苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品．
（1）濃硫酸的作用是催化劑、吸水劑；
（2）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+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O．
（3）甲和乙兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖1所示的兩套實(shí)驗(yàn)室合成苯甲酸甲酯的裝置（夾持儀器和加熱儀器均已略去）．

根據(jù)有機(jī)物的沸點(diǎn)，最好采用甲（填“甲”或“乙”）裝置．理由是甲中有冷凝回流裝置．
（4）反應(yīng)物CH₃OH應(yīng)過量，理由是反應(yīng)物CH₃OH過量，使平衡向右移動(dòng)，有利于提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率．
Ⅱ．粗產(chǎn)品的精制
（5）苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品中往往含有少量甲醇、苯甲酸和水等，現(xiàn)擬用如圖2流程圖進(jìn)行精制，請(qǐng)?jiān)诹鞒虉D中方括號(hào)內(nèi)填入操作方法的名稱．
（6）通過計(jì)算，苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為65%．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反應(yīng)為酯化反應(yīng)，濃硫酸起到吸水、催化作用；
（2）酯化反應(yīng)機(jī)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；
（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(jìn)行分析；
（4）甲醇過量，有利于使平衡正向移動(dòng)；
Ⅱ．（5）操作①用于分離有機(jī)物層和溶液，操作②用于分離沸點(diǎn)不同的物質(zhì)；
（6）根據(jù)反應(yīng)物的物質(zhì)的量判斷過量，根據(jù)不足量計(jì)算出理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量，再計(jì)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(jìn)酯的生成，濃硫酸起到了吸水劑的作用，
故答案為：催化劑、吸水劑；
（2）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+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O，
故答案為：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）由裝置圖可知，甲圖的圓底燒瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，乙圖則沒有，而本題中反應(yīng)物甲醇沸點(diǎn)低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于甲醇，若采用乙圖，甲醇必定會(huì)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：甲；甲中有冷凝回流裝置；
（4）由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甲醇比苯甲酸價(jià)廉，且甲醇沸點(diǎn)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：反應(yīng)物CH₃OH過量，使平衡向右移動(dòng)，有利于提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率；
（5）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(diǎn)不同，可以通過蒸餾操作分離，
故答案為：分液、蒸餾；
（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(diǎn)評(píng) 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(jì)與評(píng)價(jià)，為高考常見題型，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，該題為乙酸乙酯的制備知識(shí)的遷移題目，充分考查了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．