Question

1．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苯甲酸和20mL甲醇（密度约为0.79g•cm^-3），再小心加入
3mL浓硫酸，混匀后，投入几块碎瓷片，小心加热使反应完全，得苯甲酸甲酯粗产品．
（1）浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂；
（2）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+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O．
（3）甲和乙两位同学分别设计了如图1所示的两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，最好采用甲（填“甲”或“乙”）装置．理由是甲中有冷凝回流装置．
（4）反应物CH₃OH应过量，理由是反应物CH₃OH过量，使平衡向右移动，有利于提高苯甲酸的转化率．
Ⅱ．粗产品的精制
（5）苯甲酸甲酯粗产品中往往含有少量甲醇、苯甲酸和水等，现拟用如图2流程图进行精制，请在流程图中方括号内填入操作方法的名称．
（6）通过计算，苯甲酸甲酯的产率为65%．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反应为酯化反应，浓硫酸起到吸水、催化作用；
（2）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；
（3）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；
（4）甲醇过量，有利于使平衡正向移动；
Ⅱ．（5）操作①用于分离有机物层和溶液，操作②用于分离沸点不同的物质；
（6）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）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：催化剂、吸水剂；
（2）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+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O，
故答案为：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OHC₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）由装置图可知，甲图的圆底烧瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，乙图则没有，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，若采用乙图，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：甲；甲中有冷凝回流装置；
（4）由于该反应是可逆反应，甲醇比苯甲酸价廉，且甲醇沸点低，易损失，增加甲醇的量，可提高苯甲酸甲酯的产率，
故答案为：反应物CH₃OH过量，使平衡向右移动，有利于提高苯甲酸的转化率；
（5）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；
（6）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，为高考常见题型，题目难度中等，明确物质的制备原理为解答此类题的关键，该题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．