Question

【题目】有机物的反应往往伴随副反应发生，因此需要分离提纯。有一种水果香精的合成步骤如下：

Ⅰ合成：

在干燥的圆底烧瓶中加11.5mL(9.3g，0.125mol)正丁醇、7.2mL(7.5g，0.125mol)冰醋酸（乙酸）和3~4滴浓H2SO4，摇匀后，加几粒沸石，再按图1所示装置安装好。在分水器中预先加入5.00mL水，其水面低于分水器回流支管下沿3~5mm，然后用小火加热，反应大约40min。

Ⅱ分离提纯：

①当分水器中的液面不再升高时，冷却，放出分水器中的水，把反应后的溶液与分水器中的酯层合并，转入分液漏斗中，用10mL10%碳酸钠溶液洗至酯层无酸性(pH=7)，充分振荡后静置，分去水层。

②将酯层倒入小锥形瓶中，加少量无水硫酸镁干燥（生成MgSO47H2O晶体）

③将乙酸正丁酯粗产品转入50mL蒸馏烧瓶中，加几粒沸石进行常压蒸馏，收集产品，主要试剂及产物的物理常数如下：

化合物	正丁醇	冰醋酸	乙酸正丁酯	正丁醚
密度/(g/mL)	0.810	1.049	0.882	0.7689
沸点/℃	117.8	118.1	126.1	143
在水中的溶解性	易溶	易溶	难溶	难溶

制备过程中还可能与的副反应有2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O

根据以上信息回答下列问题：

（1）写出合成乙酸正丁酯的化学方程式____________。

（2）如图1整个装置可看作由分水器、圆底烧瓶和冷凝管组成，其中冷水应从______(填a或b)管口通入。

（3）步骤①中碳酸钠溶液的作用主要是除去硫酸、_________、___________。

（4）在操作步骤②后(即酯层用无水硫酸镁干燥后)，应先___________(填实验操作名称)，然后将乙酸正丁酯粗产品转入蒸馏烧瓶中，如果蒸馏装置如图2所示，则收集到的产品中可能混有___________________杂质。

（5）步骤③的常压蒸馏，需控制一定的温度，你认为在_______中加热比较合适(请从下列选项中选择)。

A．水 B．甘油(沸点290℃) C．石蜡油(沸点200~300℃) D．沙子

（6）反应结束后，若放出的水为6.98mL(水的密度为1g/mL)，则正丁醇的转化率约为_______。

Answer 1

【答案】CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O b 乙酸 正丁醇 过滤 正丁醚 BC 88%

【解析】

（1）正丁醇与冰醋酸在浓H2SO4加热条件下发生酯化反应生成乙酸正丁酯和水；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，有利于冷却；
（3）乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇、正丁醚和硫酸杂质，其中正丁醇、硫酸易溶于水，而乙酸正丁酯、正丁醚难溶于水，乙酸可与饱和碳酸钠反应，以此解答该题；
（4）酯层用无水硫酸镁干燥后，应过滤除去干燥剂；反应中发生副反应得到正丁醚，而正丁醚难溶于水，正丁醇、硫酸、醋酸已经除去，制备的物质中含有正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸点是126.1℃，选择沸点稍高的液体加热；
（6）计算生成水的质量，根据方程式计算参加反应正丁醇的产量，正丁醇的利用率=100%。

（1）正丁醇与冰醋酸在浓H2SO4加热条件下发生酯化反应生成乙酸正丁酯和水，化学方程式为CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O，
故答案为：CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，其中冷水应从b管口通入，从a管中流出，有利于冷却，
故答案为：b；
（3）根据反应的原理和可能的副反应，乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇、正丁醚和硫酸杂质，乙酸正丁酯、正丁醚不溶于饱和碳酸钠溶液，而正丁醇、硫酸易溶，乙酸可与碳酸钠反应而被吸收，可用饱和碳酸钠溶液除去乙酸正丁酯中乙酸、正丁醇和硫酸杂质，

故答案为：乙酸、正丁醇；
（4）酯层用无水硫酸镁干燥后，应过滤除去干燥剂；正丁醇、硫酸和乙酸易溶于水，在用水洗、10%碳酸钠溶液洗时，已经被除去，正丁醚与乙酸正丁酯互溶，水洗和10%碳酸钠溶液洗时不能除去，所以蒸馏时会有少量挥发进入乙酸正丁酯中，则乙酸正丁酯的杂质为正丁醚，
故答案为：过滤；正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸点是126.1℃，选择沸点稍高的液体加热，所以可以在甘油和石蜡油中加热，水的沸点为100℃，低于乙酸正丁酯的沸点，用砂子加热温度太高不易控制且浪费能源，
故选：BC；
（6）反应结束后，若放出的水为6.98mL（水的密度为1gmL -1），则反应生成的水为6.98mL-5.00mL=1.98mL，即1.98g，设参加反应的正丁醇为x，

74 18

x 1.98g

则x= ==8.14g，
则正丁醇的转化率= =100%=×100%=88%，
故答案为：88%。