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和相对分子质量如表：

物质	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸点/℃	64.7	249	199.6
相对分子质量	32	122	136

实验过程及实验装置如图：

（提示：苯甲酸甲酯粗产品往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等）
（1）简述第一步混合液体时，最后加入浓硫酸的理由是浓硫酸密度较大，且易于苯甲酸、甲醇混合放出大量热量，甲醇易挥发．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．
（2）反应物CH₃OH应过量，理由是该反应是可逆反应，增加甲醇的量，使平衡向右移动，有利于提高苯甲酸的转化率．
（3）分液时上层液体从分液漏斗的上口出来，接受馏分时温度控制在199.6℃左右．
（4）以上流程图中加入Na₂CO₃的作用是通过反应消耗硫酸、苯甲酸，降低苯甲酸甲酯的溶解度．
（5）通过计算，苯甲酸甲酯的产率为65%．

Answer 1

分析 在浓硫酸作催化剂、加热条件下，甲醇和苯甲酸发生酯化反应生成苯甲酸甲酯，冷却后向烧瓶中加入水，将得到的混合溶液移置到分液漏斗中，然后进行分液，将得到的上层液体倒入锥形瓶中，锥形瓶中加入饱和的碳酸钠溶液，饱和的碳酸钠溶液能抑制苯甲酸甲酯的溶解，能和苯甲酸、硫酸反应生成钠盐，然后过滤，最后蒸馏得到粗产品；
（1）混合溶液时，先加入密度小的液体，后加入密度大的液体，且甲醇都易挥发；
二者在浓硫酸作催化剂、加热条件下发生酯化反应生成苯甲酸甲酯；
（2）该反应是可逆反应，反应物CH₃OH过量，促进平衡正向移动；
（3）分液时上层液体从上口倒出，温度计的温度应该大于苯甲酸甲酯的熔点而小于苯甲酸的熔点；
（4）Na₂CO₃溶液能消耗硫酸和苯甲酸，降低酯的溶解度；
（5）苯甲酸甲酯的产率=$\frac{实际质量}{理论质量}×100%$．

解答 解：在浓硫酸作催化剂、加热条件下，甲醇和苯甲酸发生酯化反应生成苯甲酸甲酯，冷却后向烧瓶中加入水，将得到的混合溶液移置到分液漏斗中，然后进行分液，将得到的上层液体倒入锥形瓶中，锥形瓶中加入饱和的碳酸钠溶液，饱和的碳酸钠溶液能抑制苯甲酸甲酯的溶解，能和苯甲酸、硫酸反应生成钠盐，然后过滤，最后蒸馏得到粗产品；
（1）混合溶液时，先加入密度小的液体，后加入密度大的液体，苯甲酸、甲醇混合时放出大量热量，甲醇易挥发，所以应该最后加入浓硫酸；
二者在浓硫酸作催化剂、加热条件下发生酯化反应生成苯甲酸甲酯，反应方程式为，
故答案为：浓硫酸密度较大，且易于苯甲酸、甲醇混合放出大量热量，甲醇易挥发；；
（2）该反应是可逆反应，反应物CH₃OH过量，促进平衡正向移动，从而提高苯甲酸的转化率，
故答案为：该反应是可逆反应，增加甲醇的量，使平衡向右移动，有利于提高苯甲酸的转化率；
（3）分液时上层液体从分液漏斗的上口倒出，温度计的温度应该大于苯甲酸甲酯的熔点而小于苯甲酸的熔点，所以温度控制在199.6℃左右，故答案为：分液漏斗的上口；199.6℃左右；
（4）Na₂CO₃溶液能消耗硫酸和苯甲酸，降低酯的溶解度，
故答案为：通过反应消耗硫酸、苯甲酸，降低苯甲酸甲酯的溶解度；
（5）苯甲酸的物质的量=$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，甲醇的物质的量=$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.5mol，根据方程式知，甲醇过量，应该以苯甲酸为标准进行计算，n（苯甲酸甲酯）=n（苯甲酸）=0.1mol，则苯甲酸甲酯的质量=0.1mol×136g/mol=13.6g，苯甲酸甲酯的产率=$\frac{实际质量}{理论质量}×100%$=$\frac{8.84g}{13.6g}×100%$=65%，
故答案为：65%．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及实验基本操作、基本计算、反应条件的判断、物质分离和提纯等知识点，明确实验原理及物质性质、物质分离提纯方法是解本题关键，注意冷凝管中水流方向，为易错点．