题目内容

14.正丁醚常用作有机反应的溶剂.实验室制备正丁醚的反应和主要实验装置如下:
2CH3CH2CH2CH2OH$?_{135℃}^{浓硫酸}$(CH3CH2CH2CH2)O+H2O 反应物和生成物的相关数据如下:
相对分子质量沸点/℃密度/g•cm3水中溶解性
正丁醇74117.20.8109微溶
正丁醚130142.00.7704几乎不溶
合成反应:
①将6mL浓硫酸和37g正丁醇,按一定顺序添加到A中,并加几粒沸石.
②加热A中反应液,迅速升温至135℃,维持反应一段时间.
分离提纯:
③待A中液体冷却后将其缓慢倒入盛有70mL水的分液漏斗中,振摇后静置,分液得粗产物.
④粗产物依次用40mL水,20mLNaOH溶液和40mL水洗涤,分液后加入约3g无水氯化钙颗粒,静置一段时间后弃去氯化钙.
⑤将上述处理过的粗产物进行蒸馏,收集馏分,得纯净正丁醚13g.
回答下列问题:
(1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序为先加入正丁醇,再加入浓硫酸.
(2)加热A前,需先从b(填“a”或“b”)口向B中通入水.
(3)反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质,且分为上下两层,随着反应的进行,分水器中液体逐渐增多至充满时,上层液体会从左侧支管自动流回A.分水器中上层液体的主要成分为正丁醇,采用分水器除了可以提高正丁醇的利用率,还可以起到不断分离出水,促使平衡正向移动作用(根据有关化学理论回答).
(4)步骤③的目的是初步洗去浓硫酸,振摇后静置,粗产物应在分液漏斗的上(填“上”或“下”)口分离出.
(5)若温度过高会发生副反应生成烯烃,可能的反应方程式为CH3CH2CH2CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$ CH3CH2CH=CH2↑+H2O.
(6)步骤⑤中,加热蒸馏时应收集142℃左右的馏分.本实验中,正丁醚的产率为40.0%.

分析 (1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释;
(2)冷凝水的水流方向和气流方向相反,逆流冷凝效果好,需下口进,上口出;
(3)液体混合物加热会蒸发出,经过冷凝器降温转化为液体,由于正丁醇的密度比水小且微溶于水,故正丁醇在上层,水在下层;根据影响化学平衡的因素进行解答,减少生成物浓度,可以促使平衡正向移动,提高1-丁醇转化率;
(4)在反应混合物中,浓硫酸能溶解于水,正丁醚不溶,正丁醇微溶于水,所以步骤③的目的是初步洗去浓硫酸;分液漏斗中振荡静置后,上层液体中为密度比水小的正丁醚和正丁醇,从分液漏斗的上口倒出;
(5)1-丁醇在浓硫酸作用下能够发生消去反应生成1-丁烯;
(6)正丁醚沸点为142℃,粗产品中含有正丁醇,其沸点为117.2℃,低于正丁醚的沸点,加热蒸馏正丁醇先汽化;根据正丁醇的质量计算正丁醚的理论产量,样品产率=(实际产量÷理论产量)×100%.

解答 解:(1)正丁醇的密度小于浓硫酸,为防止液体飞溅,步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释,先加入正丁醇,再加入浓硫酸,
故答案为:先加入正丁醇,再加入浓硫酸;
(2)冷凝水的水流方向和气流方向相反,下口进,上口出,所以加热A前,需先从“b”口向B中通入水,克服水的重力充满冷凝管,与气体逆流,冷凝效果好,
故答案为:b;
(3)分水器中收集到液体物质,因正丁醇密度比水小且微溶于水,会分为上下两层,上层为正丁醇,下层主要成分为水,要提高1-丁醇的转化率,可以减小生成物浓度,逆反应速率减小,平衡向着正向移动,不断分离出水,促使平衡正向移动,
故答案为:正丁醇;不断分离出水,促使平衡正向移动;
(4)在反应混合物中,浓硫酸能溶解于水,正丁醚不溶,正丁醇微溶于水,所以步骤③的目的是初步洗去浓硫酸;分液漏斗中振荡静置后,上层液体中为密度比水小的正丁醚和正丁醇,从分液漏斗的上口倒出,
故答案为:浓硫酸;上;
(5)若温度过高,在浓硫酸作用下,1-丁醇能够发生消去反应,分子内脱水生成1-丁烯,反应方程式为:CH3CH2CH2CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$ CH3CH2CH=CH2↑+H2O,
故答案为:CH3CH2CH2CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$ CH3CH2CH=CH2↑+H2O;
(6)正丁醚沸点为142℃,粗产品中含有正丁醇,其沸点为117.2℃,低于正丁醚的沸点,加热蒸馏正丁醇先汽化,加热蒸馏时应收集142℃左右的馏分,由2CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O,可知37g正丁醇完全反应得到正丁醚的质量为$\frac{37g}{74g/mol}$×$\frac{1}{2}$×130g/mol=32.5g,故样品产率为
$\frac{13g}{32.5g}$×100%=40.0%,
故答案为:142;40.0%.

点评 本题考查了正丁醚的制取方法,注意掌握正丁醚的反应原理及制取方法,注意实验的基本操作,混合物的分离操作,重点是分液、蒸馏操作,题目难度中等.

练习册系列答案
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【实验设计】②为证实乙同学的猜想,还需做如下实验,请完成下表:
实验步骤设计此步骤的目的
将配制的NaOH溶液加热除去溶液中溶解的氧气
在加热后的溶液中滴加酚酞,并在上方滴加一些植物油隔绝空气
③通过以上实验,三位同学看到:溶液先变成红色,一会儿红色消失.因此溶液褪色与氧气无关.若丙同学的猜想正确,请你设计一个简单的实验加以证明(按要求填写在下表中):
实验方案观察到的现象和结论
分别配制不同浓度的NaOH溶液,然后各滴加2~3滴酚酞溶液,较稀的NaOH溶液中出现红色,很浓的NaOH溶液中无红色出现(或先变红色,一会儿红色消失)说明红色消失与NaOH溶液的浓度有关(或:向原红色消失的溶液中慢慢加入足量的水,红色重新出现;说明红色消失与NaOH溶液的浓度有关)
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