Question

9．3-丁酮酸乙酯在有机合成中用途很广，广泛用于药物合成，也可用作食物的着香剂．常温下为无色液体，微溶于水，与乙醇、乙酸乙酯等以任意比例混溶，沸点181℃，100℃以上会少量分解．乙酸乙酯易挥发、微溶于水，沸点77℃．实验室以乙酸乙酯和金属钠为原料制备3-丁酮酸乙酯的原理及装置如下：
原理如图1，装置如图2：

制取过程：
①反应：向反应装置中加入32mL（0.32mol）乙酸乙酯，少量无水乙醇，1.6g（0.07mol）切细的金属钠，微热回流1.5-3小时，直至金属钠完全反应消失．
②产物后处理：反应后冷却至室温，卸下冷凝管，将烧瓶浸在冷水浴中，在摇动下加入32mL30%醋酸水溶液，使反应液分层，用分液漏斗分离出酯层，酯层用5%碳酸钠溶液洗涤，有机层放入干燥的锥形瓶中，加入无水碳酸钾至液体澄清．
③产品：将上述处理后的反应液在常压下蒸馏，除去未反应的乙酸乙酯，再改为减压蒸馏，得产品2.0g（3-丁酮酸乙酯相对分子质量为130，乙酸乙酯相对分子质量88）．
回答下列问题：
（1）实验室制取乙酸乙酯的反应方程式是CH₃COOH+CH₃CH₂OHCH₃COOCH₂CH₃+H₂O，反应类型是酯化反应．
（2）反应装置中加装干燥管的目的是防湿气进入反应体系中以保证反应体系干燥．
（3）两个装置中的冷凝管作用不相同（填“相同”或“不同”），冷却水进口分别为b和d（填图中字母）．
（4）产物后处理中加醋酸的目的是中和生成的钠盐，使之变成产物，加碳酸钠的目的是除去酯中的醋酸（用方程式表示），加碳酸钾的目的是干燥产品．
（5）实验得到的产率是C（填序号）．
A.40%        B.19%        C.22%        D.10%

Answer 1

分析 （1）乙酸与乙醇在浓硫酸、加热条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯与水；
（2）空气中含有水蒸气，因此装置中加干燥管是为了防湿气进入反应体系中以保证反应体系干燥；
（3）反应装置中冷凝管的作用是冷凝回流，挺高原料的利用率，减压装置中冷凝管的作用是冷却蒸发出的蒸汽便于得到产品；为充分冷凝，使冷水充满冷凝器，因此冷却水采取逆流原理；
（4）由于产物中含有钠盐，因此产物处理后，滴加稀醋酸的目的是中和生成的钠盐，使之变成产物；酯类在碳酸钠溶液中的溶解度小，滴加碳酸钠溶液可以除去混有的乙酸；碳酸钾吸水，因此加碳酸钾的目的是干燥产品；
（5）根据反应物的用量可知钠不足，因此理论上生成产品的物质的量是0.07mol，根据m=nM计算理论上3-丁酮酸乙酯质量，进而计算其产率．

解答 解：（1）实验室制取乙酸乙酯的化学方程式为：CH₃COOH+CH₃CH₂OHCH₃COOCH₂CH₃+H₂O，
故答案为：CH₃COOH+CH₃CH₂OHCH₃COOCH₂CH₃+H₂O；酯化反应；
（2）空气中含有水蒸气，因此装置中加干燥管是为了防湿气进入反应体系中以保证反应体系干燥，故答案为：防湿气进入反应体系中以保证反应体系干燥；
（3）反应装置中冷凝管的作用是冷凝回流，挺高原料的利用率，减压装置中冷凝管的作用是冷却蒸发出的蒸汽便于得到产品，为充分冷凝，使冷水充满冷凝器，冷却水进水口分别为b和d，
故答案为：不相同；b、d；
（4）由于产物中含有钠盐，因此产物处理后，滴加稀醋酸的目的是中和生成的钠盐，使之变成产物，由于酸多了会增加产物在水中的溶解度，醋酸不能滴加的过多；
酯类在碳酸钠溶液中的溶解度小，除去酯中的醋酸，需要滴加碳酸钠溶液；
碳酸钾吸水，因此加碳酸钾的目的是干燥产品，
故答案为：中和生成的钠盐，使之变成产物；除去酯中的醋酸；干燥产品；
（5）根据反应物的用量可知钠不足，因此理论上生成产品的物质的量是0.07mol，其质量是0.07mol×130g/mol=9.1g，所以产率是$\frac{2.0g}{9.1g}$×100%=22%，故答案为：C．

点评 本题考查了物质制备方案的设计、对装置与操作的分析评价、物质的分离提纯、产率的计算，试题充分考查了学生的分析能力、理解能力及化学实验能力，难度中等．