Question

18．某化学小组以苯甲酸（）为原料，制取苯甲酸甲酯．已知有关物质的沸点如下表：

物质	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸点/℃	64.7	249	199.6

Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗产品
在圆底烧瓶中加入12.2g苯甲酸（M=122g/mol）和20ml甲醇（密度约0.79g•mL^-1 ），再小心加入3mL浓硫酸，混匀后，投入几粒碎瓷片，小心加热使反应完全，得苯甲酸甲酯粗产品．
（1）若反应产物水分子中有同位素¹⁸O，写出能表示反应前后¹⁸O位置的化学方程式C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；浓硫酸的作用是：催化剂、吸水剂．
（2）甲、乙、丙三位同学分别设计了如下图三套实验室合成苯甲酸甲酯的装置（夹持仪器和加热仪器均已略去）．根据有机物的沸点，最好采用乙装置（填“甲”或“乙”或“丙”）．

Ⅱ．粗产品的精制
（3）苯甲酸甲酯粗产品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，现拟用下列流程进行精制，请根据流程图写出操作方法的名称．操作Ⅰ分液 操作Ⅱ蒸馏．

（4）能否用NaOH溶液代替饱和碳酸钠溶液？否（填“能”或“否”），并简述原因氢氧化钠是强碱，促进苯甲酸甲酯的水解，导致产品损失．
（5）通过计算，苯甲酸甲酯的产率是65%．

Answer 1

分析 （1）酯化反应机理为酸脱羟基醇脱氢，据此写出该反应的化学方程式，根据酯化反应中浓硫酸的作用进行解答；
（2）根据甲图、乙图装置的圆底烧瓶上没有冷凝管及甲醇易挥发进行分析；
（3）分液用于分离两种不互溶的液体，蒸馏用于互溶但沸点相差较大的两种（或两种以上）液体分离；
（4）氢氧化钠是强碱，促进苯甲酸甲酯的水解，据此答题；
（5）产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$×100%，根据反应物的物质的量判断过量，根据不足量计算出理论上生成苯甲酸甲酯的物质的量，再计算出其产率．

解答 解：（1）苯甲酸与甲醇在浓硫酸作用下的酯化反应为：苯甲酸脱去羟基，据此脱去羟基中的氢原子，二者反应生成苯甲酸甲酯，所以水中¹⁸O原子来自苯甲酸，反应的化学方程式为：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O，浓硫酸在酯化反应中起到了催化剂作用，酯化反应为可逆反应，浓硫酸吸收反应生成的水，可以促进酯的生成，浓硫酸起到了吸水剂的作用，
故答案为：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；催化剂、吸水剂；
（2）由装置图可知，乙图的圆底烧瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，甲图和丙图则没有，而本题中反应物甲醇沸点低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸点远高于甲醇，若采用甲图、丙图，甲醇必定会大量挥发，不利于合成反应，所以应冷凝回流，减少甲醇的挥发，提高产率，
故答案为：乙； 
（3）苯甲酸甲酯不溶于水，操作Ⅰ分离出互不相溶的液体，通常采用分液操作完成；甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，二者沸点不同，可以通过蒸馏操作分离，
故答案为：分液；蒸馏；
（4）氢氧化钠是强碱，促进苯甲酸甲酯的水解，所以不能用NaOH溶液代替饱和碳酸钠溶液，
故答案为：否；氢氧化钠是强碱，促进苯甲酸甲酯的水解，导致产品损失；
（5）12.2g苯甲酸的物质的量为：$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，20mL甲醇（密度约0.79g/mL）的物质的量为：$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.49mol＞0.1mol，
则理论上生成苯甲酸甲酯的物质的量为：0.1mol，质量为：136g/mol×0.1mol=13.6g，则苯甲酸甲酯的产率为：$\frac{8.84g}{13.6g}$×100%=65%，
故答案为：65%．

点评 本题通过苯甲酸甲酯的制备方法，考查了物质制备方案的设计与评价，题目难度中等，明确物质的制备原理为解答此类题的关键，该烃为乙酸乙酯的制备知识的迁移题目，充分考查了学生灵活应用所学知识的能力．