题目内容

【题目】实验室制备甲基丙烯酸甲酯的反应装置如图所示,有关信息如下:

+CH3OH+H2O

已知甲基丙烯酸甲酯受热易聚合;甲基丙烯酸甲酯在盐溶液中溶解度较小;CaCl2可与醇结合形成复合物。

实验步骤:

①向100mL烧瓶中依次加入:15mL甲基丙烯酸、2粒沸石、10mL无水甲醇、适量的浓硫酸;

②在分水器中预先加入水,使水面略低于分水器的支管口,通入冷凝水,缓慢加热烧瓶。在反应过程中,通过分水器下部的旋塞分出生成的水,保持分水器中水层液面的高度不变,使油层尽量回到圆底烧瓶中;

③当____,停止加热;

④冷却后用试剂X洗涤烧瓶中的混合溶液并分离;

⑤取有机层混合液蒸馏,得到较纯净的甲基丙烯酸甲酯。

请回答下列问题:

(1)A装置的名称是__。

(2)请将步骤③填完整__。

(3)上述实验可能生成的副产物结构简式为__(填两种)。

(4)下列说法正确的是___(填字母代号)。

A.在该实验中,浓硫酸是催化剂和脱水剂

B.酯化反应中若生成的酯的密度比水大,不能用分水器提高反应物的转化率

C.洗涤剂X是一组试剂,产物要依次用饱和Na2CO3、饱和CaCl2溶液洗涤

D.为了提高蒸馏速度,最后一步蒸馏可采用减压蒸馏;该步骤一定不能用常压蒸馏

(5)实验结束收集分水器分离出的水,并测得质量为2.70g,计算甲基丙烯酸甲酯的产率约为__(结果保留一位小数)。实验中甲基丙烯酸甲酯的实际产率总是小于此计算值,可能其原因不是__(填字母代号)。

A.分水器收集的水里含甲基丙烯酸甲酯

B.实验条件下发生副反应

C.产品精制时收集部分低沸点物质

D.产品在洗涤、蒸发过程中有损失.

【答案】球形冷凝管 当分水器中液面不再变化 CH3OCH3、 BD 85.2% C

【解析】

(1)根据装置图中A的结构和形状判断;

(2)根据步骤②描述操作要保持分水器中水层液面的高度不变,分析步骤③的操作;

(3)上述实验可能发生的副反应为甲基丙烯酸甲酯受热易聚合,甲醇分子间脱水,甲基丙烯酸聚合;

(4) A.在该实验中,发生酯化反应,酯化反应中,浓硫酸是催化剂和吸水剂;

B.酯化反应中若生成的酯的密度比水大,会导致水流入圆底烧瓶;

C.用试剂X洗涤产品,需要洗去表面羧酸及甲醇,且应降低酯的溶解度,结合乙酸乙酯的洗涤解答;

D.根据已知信息,甲基丙烯酸甲酯受热易聚合;

(5)计算甲基丙烯酸、甲醇的质量,进行过量计算,根据不足量的物质计算产品的理论产量,根据生成水的质量计算产品实际产量,进而计算产率;产率=,分析实际操作中对实际产量的影响分析。

(1)由仪器的结构特征,可知装置A为球形冷凝管;

(2)根据步骤②描述操作要保持分水器中水层液面的高度不变,因此步骤③的操作为:当分水器中液面不再变化,停止加热;

(3)上述实验可能发生的副反应为甲基丙烯酸甲酯受热易聚合生成,甲醇之间在浓硫酸催化剂作用下可以发生分子间脱水反应生成甲醚,可能产生的副产物有CH3OCH3、;

(4) A.在该实验中,发生酯化反应,酯化反应中,浓硫酸是催化剂和吸水剂,故A错误;

B.酯化反应中若生成的酯的密度比水大,则酯会沉在分水器中的水下,会导致水从分水器中流入圆底烧瓶,不能提高反应物的转化率,故B正确;

C.用试剂X洗涤产品,需要洗去表面羧酸及甲醇,且应降低酯的溶解度,根据题干已知信息分析可得,产物要依次用饱和Na2CO3除去甲基丙烯酸、饱和NaCl溶液洗洗去甲基丙烯酸甲酯中溶解的Na2CO3、饱和CaCl2溶液吸收甲醇和水,故C错误;

D.根据已知信息,为了提高蒸馏速度,防止甲基丙烯酸甲酯受热易聚合,最后一步蒸馏可采用减压蒸馏,该步骤一定不能用常压蒸馏,故D正确;

答案选BD。

(5)甲基丙烯酸、15mL甲基丙烯酸的质量为15mL×1.01g/mL=15.15g,10mL无水甲醇的质量为10mL×0.79g/mL=7.9g,甲醇完全反应需要甲基丙烯酸的质量为×86g/mol=21.23g>15.15g,故甲醇过量,则理论生成甲基丙烯酸甲酯的质量为×100g/mol,测得生成水的质量为2.70g,则实际得到甲基丙烯酸甲酯的质量为×100g/mol=15g,故产率为×100%=85.2%;

A.分水器收集的水里含甲酯,产品的质量偏小,产率偏低,故A不符合题意;

B.实验条件下发生副反应,会导致产品质量偏小,产率偏低,故B不符合题意;

C.产品精制时收集部分低沸点物质,会导致产品质量偏大,产率偏大,故C符合题意;

D.产品在洗涤、蒸发过程中有损失,会导致产品质量偏小,产率偏低,故D不符合题意;

答案选C。

练习册系列答案
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一定条件下,可以通过CO与SO2反应生成S(1)和一种无毒的气体,实现燃煤烟气中硫的回收,写出该反应的热化学方程式_______________________________。

(2)在500℃下合成甲醇的反应原理为:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g);在1L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,压强为p0 kpa,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压Kp代替平衡浓度,计算分压=总压×物质的量分数)

①0~4min,H2的平均反应速率v(H2)=________mol·L1·min1。

②CO2平衡时的体积分数为______________,该温度下Kp为_________kPa-2_(用含有p0的式子表示,小数点后保留1位)。

③下列能说明该反应已达到平衡状态的是______________。

A.v正(CH3OH)=3v逆(H2)

B.CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1

C.恒温恒压下,气体的体积不再变化

D.恒温恒容下,气体的密度不再变化

④500℃、在2个容积都是2L的密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:

容器

容器甲

容器乙

反应物起始投入量

1mol CO2,3mol H2

0.5mol CO2,1mol H2

1mol CH3OH,1mol H2O

CH3OH的平衡浓度/mol·L1

C1

C2

则乙容器中反应起始向________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行;c1_________(填“>”“<”或“=”)c2。

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