Question

4．实验室用乙酸和正丁醇制备乙酸正丁酯．有关物质的相关数据如表：

化合物	相对分子质量	密度/g•cm-3	沸点/℃	溶解度g/l00g水
正丁醇	74	0.80	118.0	9
冰醋酸	60	1.045	118.1	互溶
乙酸正丁酯	116	0.882	126.1	0.7

操作如下：
①在50mL三颈烧瓶中投入几粒沸石，将18.5mL正丁醇和13.4mL冰醋酸（过量），3～4滴浓硫酸按一定顺序均匀混合，安装分水器（作用：实验过程中不断分离除去反应生成的水）、温度计及回流冷凝管．
②将分水器分出的酯层和反应液一起倒入分液漏斗中依次用水洗，10% Na₂CO₃洗，再水洗，最后转移至锥形瓶并干燥．
③将干燥后的乙酸正丁酯加入烧瓶中，常压蒸馏，收集馏分，得15.1g乙酸正丁酯．
请回答有关问题：
（1）写出任意一种正丁醇同类的同分异构体的结构简式CH₃CH₂CH（OH）CH₃．
（2）仪器A中发生反应的化学方程式为CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O．
（3）步骤①向三颈烧瓶中依次加入的药品是：正丁醇，浓硫酸，冰醋酸．
（4）步骤②中，用 10%Na₂CO₃溶液洗涤有机层，该步操作的目的是除去酯中混有的乙酸和正丁醇．
（5）步骤③在进行蒸馏操作时，若从118℃开始收集馏分，产率偏高，（填“高”或“低”）原因是会收集到少量未反应的冰醋酸和正丁醇．
（6）该实验生成的乙酸正丁酯的产率是65%．

Answer 1

分析 （1）丁醇同类的同分异构体，必须含有醇羟基，也可以看成是羟取代丁烷同分异构体上的氢；
（2）根据酯化反应原理酸脱羟基醇脱氢写出反应的化学方程式；
（3）先加密度小的药品，再加入密度较大的药品；
（4）乙酸丁酯不溶于饱和碳酸钠溶液，乙酸与碳酸钠反应而被吸收；
（5）若从118℃便开始收集馏分此时的蒸气中含有醋酸和正丁醇，会收集到少量未反应的冰醋酸和正丁醇，导致获得的乙酸正丁酯质量偏大；
（6）先根据酸的量计算理论上酯的量，再根据水的量计算酯的量，实际上酯的量与理论值之比即为酯的产率．

解答 解：（1）丁醇同类的同分异构体，必须含有醇羟基，也可以看成是羟取代丁烷同分异构体上的氢，其中一种的结构简式为：CH₃CH₂CH（OH）CH₃，
故答案为：CH₃CH₂CH（OH）CH₃；
（2）酯化反应的本质为酸脱羟基，醇脱氢，乙酸与丁醇在浓硫酸作用下加热发生酯化反应生成乙酸丁酯和水，该反应为可逆反应，化学方程式为：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O，
故答案为：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O；
（3）先加密度小的药品，再加入密度较大的药品，所以先后顺序为：正丁醇，浓硫酸，冰醋酸，
故答案为：正丁醇，浓硫酸，冰醋酸；
（4）乙酸丁酯不溶于饱和碳酸钠溶液，吸收正丁醇，乙酸与碳酸钠反应而被吸收，
故答案为：除去酯中混有的乙酸和正丁醇；
（5）若从118℃便开始收集馏分此时的蒸气中含有醋酸和正丁醇，会收集到少量未反应的冰醋酸和正丁醇，因此会导致产率偏高，
故答案为：高；会收集到少量未反应的冰醋酸和正丁醇；
（6）正丁醇的质量=0.8 g/mL×18.5mL=14.8g；冰醋酸的质量=1.045g/mL×13.4mL=14.003g；
理论上14.8g正丁醇完全反应生成酯的质量为xg，需乙酸的质量是yg．
乙酸和正丁醇的反应方程式为CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH（7）正丁醇的质量=0.8 g/mL×18.5mL=14.8g；冰醋酸的质量=1.045g/mL×13.4mL=14.003g；
理论上14.8g正丁醇完全反应生成酯的质量为xg，需乙酸的质量是yg．
乙酸和正丁醇的反应方程式为CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O 
                                              60g              74g                               116g                           18g
                                             yg               14.8g                              xg

所以x=23.2 y=12g＜14.003g 所以乙酸过量，
乙酸正丁酯的产率=$\frac{15.1g}{23.2g}$×100%≈65%．
故答案为：65%．

点评 本题主要考查了酯的制备，掌握酯的制备原理以及运用原理理解实验装置是解答的关键，题目难度中等．试题充分培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．