Question

9．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，0.125mL）正丁醇、7.2mL（7.5g，0.125mol）冰醋酸和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，其水面低于分水去回流支管下沿3～5mm，然后用小火加热，反应大约40min．
Ⅱ分离提纯：
①将烧瓶中反应后的混合物冷却后与分水器中的酯层合并，转入分液漏斗，依次用10mL水、10mL10%碳酸钠溶液洗至无酸性（pH=7），充分震荡后静置，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
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表：

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2CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
根据以上信息回答下列问题：
（1）合成和分离过程中均使用沸石，其作用防止液体加热时发生暴沸．
（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b（填a或b）管口通入．
（3）在操作步骤②后（即酯层用无水硫酸镁干燥后），应先过滤（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正丁醚杂质．
（4）步骤③的常压蒸馏，需控制一定的温度，你认为在bd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．沙子      D．石蜡油（沸点200～300℃）
（5）如何根据装置中的实验现象判断该合成反应达到了终点分水器中水面不再升高．
（6）反应结束后，若放出的水为6.98mL（水的密度为1g/mL），则正丁醇的利用率约为88%．

Answer 1

分析 （1）反应装置中加入的固体沸石，目的是防止暴沸；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，有利于冷却；
（3）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，正丁醇、醋酸溶于水，制备的物质中含有正丁醚；
（4）乙酸正丁酯的沸点是126.1℃，选择沸点稍高的液体加热；
（5）分水器中水面不再升高说明反应结束；
（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=$\frac{参加反应的质量}{投入的总质量}$×100%．

解答 解：（1）合成和分离过程中均使用沸石，其作用是防止液体加热时发生暴沸，
故答案为：防止液体加热时发生暴沸；
（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）酯层用无水硫酸镁干燥后，应过滤除去干燥剂；正丁醇和乙酸易溶于水，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丁酯，则乙酸正丁酯的杂质为正丁醚，
故答案为：过滤；正丁醚；
（4）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℃，加热温度太低，用砂子加热温度太高不易控制，
故选：bd；
（5）合成反应中生成水，分离回流到分水器中，分水器中水面不再升高说明反应结束，
故答案为：分水器中水面不再升高；
（6）反应结束后，若放出的水为6.98mL（水的密度为1g•mL^-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，
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
         74                                 18
         x                                  1.98g
则x=$\frac{74×1.98g}{18g}$=8.14g，
则正丁醇的利用率为$\frac{8.14g}{9.3g}$×100%=88%，
故答案为：88%．

点评 本题考查有机物制备实验，涉及实验操作、实验原理、物质的性质的应用、分离提纯、有关方程式的计算等，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力和数据处理能力．