Question

12．某化学小组以苯甲酸的粗产品作为原料（含少量溶解度随温度变化影响较小的可溶物以及泥沙），提纯获得纯净的苯甲酸，再进行制取苯甲酸甲酯的实验．已知苯甲酸的溶解度如下表：

温度	25℃	50℃	95℃
溶解度	0.17g	0.95g	6.8g

I．提纯苯甲酸产品
某同学为了提纯某苯甲酸样品，进行了如下实验：
（1）室温时，取少量样品放入烧杯，加入100mL蒸馏水充分搅拌，发现样品几乎没溶解；将烧杯放在石棉网上加热，待样品充分溶解后，再加入少量蒸馏水，然后趁热过滤．趁热过滤的目的是滤除去不溶于水的杂质，并避免溶质因温度降低析出而造成损失；将所得滤液冷却至室温，使苯甲酸以晶体形式析出，然后过滤得到较纯净的苯甲酸晶体；
II．合成苯甲酸甲酯粗产品（已知部分物质的沸点如下表）

物质	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
相对分子质量	34	122	136
沸点/℃	64.7	249	199.6

在烧瓶中加入12.2g 苯甲酸和20mL 甲醇（密度约0.79g•mL^-1），再小心加入3mL 浓硫酸，混匀后，投人几粒碎瓷片，小心加热使反应完全，得苯甲酸甲酯粗产品．
（2）浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂；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：C₆H₅-CO¹⁸OH+CH₃OH?C₆H₅-COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）甲和乙两位同学分别设计了如图1两套实验室合成苯甲酸甲酯的装置（夹持仪器和加热仪器均已略去）．选择适当的装置（甲或乙），并说明你选择理由甲中有冷凝回流装置_；若要提高苯甲酸甲酯的产率，可采取的措施及时分离出产物苯甲酸甲酯（答案合理即可）；（至少写出一条措施）．
III．粗产品的精制
苯甲酸甲酯粗产品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，现拟用下列流程图如图2进行精制．

（4）以上流程图a、b所代表的实验操作为a：分液b：蒸馏；
（5）通过计算，苯甲酸甲酯的产率为65.0%（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）温度低时苯甲酸溶解度很低，易析出过滤会使其损失；
（2）根据酯化反应中浓硫酸的作用进行解答；酯化反应机理为酸脱羟基醇脱氢，据此写出该反应的化学方程式；
（3）根据甲图、乙图装置的圆底烧瓶上没有冷凝管及甲醇易挥发进行分析；
（4）操作a用于分离有机物层和溶液，操作b用于分离沸点不同的物质；
（5）产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$×100%，根据反应物的物质的量判断过量，根据不足量计算出理论上生成苯甲酸甲酯的物质的量，再计算出其产率．

解答 解：（1）温度低时苯甲酸溶解度很低，易析出过滤会使其与泥沙混合滤出导致其损失，滤液冷却至室温时，由于苯甲酸在水中溶解的质量减小，降温使其析出会得到较纯净的苯甲酸晶体，
故答案为：滤除去不溶于水的杂质，并避免溶质因温度降低析出而造成损失；冷却至室温；
（2）浓硫酸在酯化反应中起到了催化剂作用，酯化反应为可逆反应，浓硫酸吸收反应生成的水，可以促进酯的生成，浓硫酸起到了吸水剂的作用；苯甲酸与甲醇在浓硫酸作用下的酯化反应为：苯甲酸脱去羟基，据此脱去羟基中的氢原子，二者反应生成苯甲酸甲酯，所以水中¹⁸O原子来自苯甲酸，反应的化学方程式为：C₆H₅-CO¹⁸OH+CH₃OH?C₆H₅-COOCH₃+H₂¹⁸O；
故答案为：催化剂和吸水剂；C₆H₅-CO¹⁸OH+CH₃OH?C₆H₅-COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）由装置图可知，甲图的圆底烧瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，乙图没有，而本题中反应物甲醇沸点低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸点远高于甲醇，若采用乙图，甲醇必定会大量挥发，不利于合成反应，所以应冷凝回流，减少甲醇的挥发，提高产率；及时分离出产物苯甲酸甲酯（答案合理即可）；
故答案为：甲； 甲中有冷凝回流装置；及时分离出产物苯甲酸甲酯（答案合理即可）；
（4）苯甲酸甲酯不溶于水，操作a，分离出互不相溶的液体，通常采用分液操作完成；操作b，甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，利用二者沸点不同，可以通过蒸馏操作分离，
故答案为：分液、蒸馏；
（5）12.2g苯甲酸的物质的量为：$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，20mL甲醇（密度约0.79g/mL）的物质的量为：$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.49mol＞0.1mol，
则理论上生成苯甲酸甲酯的物质的量为：0.1mol，质量为：136g/mol×0.1mol=13.6g，则苯甲酸甲酯的产率为：$\frac{8.84g}{13.6g}$×100%=65.0%，
故答案为：65.0%．

点评 本题通过苯甲酸甲酯的制备方法，考查了物质制备方案的设计与评价，题目难度中等，明确物质的制备原理为解答此类题的关键，该题为乙酸乙酯的制备知识的迁移题目，充分考查了学生灵活应用所学知识的能力．