Question

19．实验室用乙酸和正丁醇制备乙酸正丁酯的反应如下
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
物质的相关数据如下表：

化合物	相对分子质量	密度/g•cm-3	沸点/℃	溶解度/100g水
正丁醇	74	0.80	118.0	9
冰醋酸	60	1.045	118.1	互溶
乙酸正丁酯	116	0.882	126.1	0.7

（1）制备乙酸正丁酯
①在干燥的50ml圆底烧瓶中，加入3.7g的正丁醇和3.3g冰醋酸，再加入2～3滴浓硫酸，摇匀，投入1～2粒沸石 按图安装带分水器的回流反应装置，并在分水器中预先加入水，使水面略低于分水器的支管口．打开冷凝水，圆底烧瓶在石棉网上用小火加热．在反应过程中，通过分水器下部的旋塞不断分出生成的水，注意保持分水器中水层液面原来的高度，使油层尽量回到圆底烧瓶中．反应达到终点后，停止加热，记录分出的水的体积．
（二）产品的精制 
②将分水器分出的酯层和反应液一起倒入分液漏斗中，用适量的水洗涤．有机层继续用一定体积10%Na₂CO₃洗涤至中性，再用适量的水洗涤，最后将有机层转移至锥形瓶中，再加入少量无水硫酸镁固体．静置片刻，过滤除去硫酸镁固体．
③将②处理后的乙酸正丁酯滤入50 mL 烧瓶中，进行蒸馏纯化，收集126.1℃的馏分，得乙酸正丁酯3.5g．
回答有关问题：
（1）装置B的名称是球形冷凝管
（2）步骤①中判断反应终点的依据是分水器中的水层不再增加时，视为反应的终点
（3）产品的精制过程步骤②中，第一次水洗的目的是洗去大部分的硫酸和醋酸等用饱和Na₂CO₃溶液洗涤有机层，该操作的目的是除去产品中含有的残留酸等杂质第二次洗的目的是洗去乙酸正丁酯中的盐分实验中加入少量无水硫酸镁的目的是干燥
（4）下列关于蒸馏操作的说法，正确的是B
A、温度计的水银柱应插入到液面以下
B、蒸馏过程中，加入沸石（碎瓷片）的目的是防止暴沸
C、冷凝管进出水的方向是上进下出
D、为提高蒸馏的速度，可以不用石棉网而直接用酒精灯进行加热．
（5）步骤③的常压蒸馏，需收126.1℃的馏分，沸点大于140℃的有机化合物的蒸馏，一般不用上述冷凝管而用空气冷凝管，可能原因是防止因温差过大，冷凝管炸裂
（6）该实验过程中，列式计算生成乙酸正丁酯的产率（保留2位有效数字）60%．

Answer 1

分析 （1）根据装置图分析；
（2）保持分水器中水层液面原来的高度，分水器中的水层不再增加时达到平衡；
（3）乙酸正丁酯制备过程中正丁醇、乙酸挥发混在乙酸正丁酯中，水洗除去正丁醇和乙酸，碳酸钠溶液是为了洗去残余的酸，最后无水硫酸镁干燥；
（4）A．蒸馏时测定蒸汽的温度；
B．液体加热要防暴沸；
C．冷凝水的流向与蒸汽的流向相反；
D．烧瓶加热一定要垫石棉网；
（5）有机化合物的蒸汽温度较高，用水冷却时，冷凝管容易因温差太大而炸裂；
（6）先根据反应方程式计算酸和醇哪个过量，按照量少的计算理论上酯的量，再由实际上酯的量与理论值之比即为酯的产率．

解答 解：（1）由图可知装置B为冷却装置是球形冷凝管，故答案为：球形冷凝管；
（2）在反应过程中，通过分水器下部的旋塞分出生成的水，注意保持分水器中水层液面原来的高度，使油层尽量回到圆底烧瓶中．反应达到终点后，分水器中的水层不再增加时，
故答案为：分水器中的水层不再增加时，视为反应的终点；
（3）分水器分出的酯层混有乙酸、正丁醇的反应液一起倒入分液漏斗中，用10mL水洗涤洗去正丁醇．有机层继续用10mL10%Na₂CO₃洗涤至中性除去乙酸，再用10mL 的水洗涤，洗去碳酸钠溶液得到乙酸正丁酯；洗涤完成后将有机层从分液漏斗的上端倒出到锥形瓶，再加入少量无水硫酸镁固体干燥；
故答案为：洗去大部分的硫酸和醋酸等；除去产品中含有的残留酸等杂质；洗去乙酸正丁酯中的盐分；干燥；
（4）A．蒸馏时测定蒸汽的温度，所以温度计的水银球应该在蒸馏烧瓶的支管口处，不能插在溶液中，故A错误；
B．液体加热要防暴沸，则蒸馏过程中，加入沸石（碎瓷片）的目的是防止暴沸，故B正确；
C．冷凝水的流向与蒸汽的流向相反，所以冷凝管进出水的方向是下进上出，故C错误；
D．烧瓶加热一定要垫石棉网，防止加热时受热不均而炸裂，故D错误；
故答案为：B；
（5）沸点大于140℃的有机化合物的蒸馏，一般不用上述冷凝管而用空气冷凝管，用水冷却时，冷凝管容易因温差太大而炸裂；
故答案为：防止因温差过大，冷凝管炸裂；
（6）正丁醇的质量3.7g；冰醋酸的质量3.3g；
先根据方程式判断哪种物质过量，以不足量的为标准进行计算．
理论上3.7g正丁醇完全反应生成酯的质量为xg，需乙酸的质量是yg．
乙酸和正丁醇的反应方程式为CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
                        60g       74g                116g            18g
                         yg      3.7g                 xg

 y=3g＜3.3g 所以乙酸过量，按照正丁醇的质量计算产物，
所以x=5.8g
乙酸正丁酯的产率=$\frac{3.5g}{5.8g}$×100%=60%．
故答案为：60%．

点评 本题考查了物质制备的实验过程分析和实验操作设计，物质分离的试剂选择和作用理解，实验化学来源于常规实验和基本操作的综合应用，题目难度中等．