Question

乙酸正丁酯常用作织物、人造革和塑料生产过程中的溶剂，石油和医药工业中的萃取剂，也用于香料复配以及香蕉、菠萝、杏、梨等多种香味剂的成分．实验室制备乙酸正丁酯的化学方程式为：
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂0H

浓H2SO4

△

CH₃COOHCH₂CH₂CH₃+H₂O
制备过程中还可能有的副反应有
2CH₃CH₂CH₂OH

浓H2SO4

△

CH₃CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₃+H₂O
主要实验步骤如下：
Ⅰ合成：
在干燥的圆底烧瓶中加11.5mL（9.3g，0.125mol）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，其水面低于分水器回流支管下沿3～5mm，然后用小火加热，反应大约40min．
Ⅱ分离与提纯：
①将烧瓶中反应后的混后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，10mL 10%碳酸钠溶液洗至无酸性（pH=7），充分振荡后静置，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下：

化合物	正丁醇	冰醋酸	乙酸正丁酯	正丁醚
密度/g?mL-1	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

根据以上信息回答下列问题：
（1）如图整个装置可看作由分水器、圆底烧瓶和

 

（填仪器名称）组成，其中冷水应从

 

（填a或b）管口通入．
（2）如何判断该合成反应达到了终点：

 

．
（3）在操作步骤①时，用右手压住分液漏斗的玻璃塞，左手握住

 

将分液漏斗倒转过来，用力振荡，振摇几次后要放气，放气时支管口不能对着人和火．在操作步骤②后（即酯层用无水硫酸镁干燥后），应先

 

（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．
（4）步骤③的常压蒸馏，需控制一定的温度，你认为在

 

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．砂子   D．石蜡油（沸点200～300℃）
如果蒸馏装置如图2所示，则收集到的产品中可能混有

 

杂质．
（5）反应结束后，若放出的水为6.98mL（水的密度为1g?mL^-1），则正丁醇的转化率约为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）由装置图可知，装置由分水器、圆底烧瓶和冷凝管组成；冷凝水应该从下口进上口出；
（2）加热反应时会有少量正丁醇挥发进入分水器，分水器的液面会升高；
（3）振荡分液漏斗时，右手压住分液漏斗的玻璃塞，左手握住旋塞，用力振荡；在操作步骤②后（即酯层用无水硫酸镁干燥后），应先把固液混合物分离，再转入蒸馏烧瓶；
（4）乙酸正丁酯的沸点为126.1℃，选择沸点稍高的液体加热；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，则乙酸正丁酯的杂质为正丁醚；
（5）反应结束后，若放出的水为6.98mL（水的密度为1g?mL^-1），即6.98g，根据方程式计算消耗的正丁醇的质量，再求出转化率．

解答： 解：（1）由装置图可知，装置由分水器、圆底烧瓶和冷凝管组成；冷凝管中的冷凝水应该从下口进上口出，所以从b管口通入；
故答案为：冷凝管；b；
（2）加热反应时会有少量正丁醇挥发进入分水器，分水器的液面会升高，当反应完全时，不再有正丁醇挥发进入分水器，则分水器中的液面不再升高，则合成反应达到了终点；
故答案为：分水器中水面不再升高；
（3）振荡分液漏斗时，右手压住分液漏斗的玻璃塞，左手握住旋塞，用力振荡；在操作步骤②后（即酯层用无水硫酸镁干燥后），应先把固液混合物分离，即通过过滤分离出乙酸丁酯，再把乙酸丁酯再转入蒸馏烧瓶；
故答案为：旋塞；过滤；
（4）乙酸正丁酯的沸点为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；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：BD；正丁醚；
（5）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xg，
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂0H

浓H2SO4

△

CH₃COOHCH₂CH₂CH₃+H₂O
          74                                18
          xg                                1.98g
则x=

74×1.98g

18

=8.14g，
则正丁醇的转化率约为

8.14g

9.3g

×100%=88%；
故答案为：88%．

点评：本题考查了物质的制备实验方案设计，题目涉及实验操作、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．