Question

5．苯甲酸乙酯是一種無色透明液體、能與乙醇、乙醚混溶，不溶于水．用于配制香水香精和人造精油，其制備原理如下：

已知：

物質	顏色狀態(tài)	密度/g/cm3	熔點/℃	沸點/℃
苯甲酸	白色固體	1.2659	122	249
苯甲酸乙酯	無色液體	1.05	-34.6	212.6
乙酸	無色液體	1.0492	16.6	117.9
乙醇	無色液體	0.789	-117.3	78.5
乙酸乙酯	無色液體	0.894-0.898	-83.6	77.1
乙醚	無色液體	0.713	-116.3	34.6

*苯甲酸在100℃會迅速升華．
（1）如圖1為課本上制取乙酸乙酯的實驗裝置圖，請回答下列問題：

①乙醇、乙酸和濃硫酸混合的先后順序先加乙醇，再加濃硫酸，等冷卻再加乙酸；
②濃硫酸的作用是催化劑和吸水劑；
③實驗開始前在飽和碳酸鈉加入酚酞，溶液會變紅，隨著乙酸乙酯的蒸出，紅色會變淺，但是無氣體產生，請寫出發(fā)生該變化的離子反應方程式CH₃COOH+CO₃^2-=CH₃COO^-+HCO₃^-；
（2）按照圖2所示裝置制備苯甲酸乙酯．
①制備：在圓底燒瓶中加入12.20g苯甲酸、25mL乙醇（過量）、4mL濃硫酸，混合均勻并加入沸石，按圖2所示連接好儀器，其中分水器的作用是分離出反應生成的水，控制溫度加熱回流2h．
a．實驗中使用分水器不斷分離除去水的目的是分離反應過程中生的水，促進酯化反應向正反應方向進行；
b．從提供的分析實驗室制取苯甲酸乙酯為什么不使用制取乙酸乙酯一樣的裝置？如果使用制取乙酸乙酯的裝置，會使乙醇大量蒸餾出去，實驗效率大大降低；
②產品的提純
將圓底燒瓶中的殘液倒入盛有冷水的燒瓶中，分批加入Na₂CO₃溶液呈中性；用分液漏斗分出有機層得粗產品．水層用25mL乙醚萃取分液，醚層與粗產品合并；在粗產品加入無水氯化鈣后，靜置、過濾，過濾液進行蒸餾，蒸出乙醚后，繼續(xù)升溫，接收210～213℃的餾分；產品經檢驗合格，測得產品體積為6mL．
c．在該實驗分液過程中，產物應該從分液漏斗的上口倒出（填“上口倒出”可“下口倒出”）；
d．該實驗中苯甲酸乙酯的產率為42%；
e．若加入的Na₂CO₃溶液不足，在之后的蒸餾時燒瓶內會出現(xiàn)白煙生成，產生該現(xiàn)象的原因在苯甲酸乙酯中有未除凈的苯甲酸，受熱至100℃時升華．

Answer 1

分析 （1）①與酸混合時，將密度大的液體注入密度小的液體中，混合濃硫酸和乙醇時，應將濃硫酸慢慢注入到乙醇中，并不斷攪拌，使產生的熱量及時散失；
②乙酸與乙醇需濃硫酸作催化劑，該反應為可逆反應，濃硫酸吸水利于平衡向生成乙酸乙酯方向移動；
③隨著乙酸乙酯的蒸出，紅色會變淺，但是無氣體產生，是因為碳酸鈉與醋酸反應生成碳酸氫根離子，酸性減弱；
（2）①a．使用分水器不斷分離除去水，促進反應正向進行，生成酯的產率增大；
b．依據裝置中反應物揮發(fā)出，反應物減小導致反應物的利用率降低分析；
c．根據分流漏斗的使用方法可知，下層液體從下口放出，上層液體從上層倒出，苯甲酸乙酯的密度小于水，據此判斷；
d．實驗的產率=$\frac{實際產量}{理論產量}$×100%；
e．若加入的Na₂CO₃溶液不足，在之后的蒸餾時燒瓶內會出現(xiàn)的白煙是固體小顆粒，可能是苯甲酸乙酯中混有未除凈的苯甲酸．

解答 解：（1）①濃硫酸溶于水放出大量的熱，乙醇中含有少量水，應將濃硫酸加入到乙醇中，防止硫酸溶解時放出大量的熱導致液體飛濺，則加入藥品的順序為先在大試管中注入乙醇，再分別緩緩加入濃硫酸和乙酸，邊加邊振蕩試管使之混合均勻，即加入順序為乙醇、濃硫酸、乙酸，
故答案為：先加乙醇，再加濃硫酸，等冷卻再加乙酸；
②乙酸與乙醇需濃硫酸作催化劑，該反應為可逆反應，濃硫酸吸水利于平衡向生成乙酸乙酯方向移動．故濃硫酸的作用為催化劑，吸水劑，
故答案為：催化劑、吸水劑；
③碳酸鈉為強堿弱堿鹽，碳酸根離子水解呈堿性，實驗開始前在飽和碳酸鈉加入酚酞，溶液會變紅，隨著乙酸乙酯的蒸出，發(fā)生反應：CH₃COOH+CO₃^2-=CH₃COO^-+HCO₃^-，碳酸根離子濃度減小，堿性減弱，所以紅色會變淺，但是無氣體產生，
故答案為：CH₃COOH+CO₃^2-=CH₃COO^-+HCO₃^-；
（2）①a．酯化反應是可逆反應，使用分水器不斷分離除去水，促進酯化反應正反應方向進行，提高生成酯的產量，
故答案為：分離反應過程中生的水，促進酯化反應向正反應方向進行；
b．如果使用制取乙酸乙酯的裝置，反應過程中加熱，會使乙醇大量蒸餾出去，乙醇揮發(fā)混入酯中，降低反應物的利用率，實驗效率大大降低，
故答案為：如果使用制取乙酸乙酯的裝置，會使乙醇大量蒸餾出去，實驗效率大大降低；
c．分流漏斗，下層液體從下口放出，上層液體從上層倒出，苯甲酸乙酯的密度小于水，所以有機層從下口放出，
故答案為：上口倒出；
d．12.20g苯甲酸的物質的量為：n=$\frac{m}{M}$=$\frac{12.20g}{122g/mol}$=0.1mol，理論生成的苯甲酸乙酯的質量為0.1×150g=15g，而實際生成苯甲酸乙酯的質量為：6mL×1.05g•ml^-1=6.3g，所以實驗的產率=$\frac{6.3g}{15g}$×100%=42%，
故答案為：42%；
e．加入Na₂CO₃能與未反應的苯甲酸和硫酸，可以除去未反應的苯甲酸和硫酸，白煙是固體小顆粒，因為苯甲酸在100℃會迅速升華，所以可能是苯甲酸乙酯中混有未除凈的苯甲酸，
故答案為：在苯甲酸乙酯中有未除盡的苯甲酸，受熱至100℃時升華．

點評 本題考查了物質制備方案的設計，為高頻考點，明確制備原理為解答關鍵，試題涉及酯化反應原理、化學實驗基本操作方法、產率的計算、化學平衡的影響因素等知識，注意掌握物質制備方案的設計及評價原則，試題充分考查了學生的分析能力及靈活應用基礎知識的能力，題目難度中等．