Question

4．實(shí)驗(yàn)室用乙酸和正丁醇制備乙酸正丁酯．有關(guān)物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)如表：

化合物	相對(duì)分子質(zhì)量	密度/g•cm-3	沸點(diǎn)/℃	溶解度g/l00g水
正丁醇	74	0.80	118.0	9
冰醋酸	60	1.045	118.1	互溶
乙酸正丁酯	116	0.882	126.1	0.7

操作如下：
①在50mL三頸燒瓶中投入幾粒沸石，將18.5mL正丁醇和13.4mL冰醋酸（過量），3～4滴濃硫酸按一定順序均勻混合，安裝分水器（作用：實(shí)驗(yàn)過程中不斷分離除去反應(yīng)生成的水）、溫度計(jì)及回流冷凝管．
②將分水器分出的酯層和反應(yīng)液一起倒入分液漏斗中依次用水洗，10% Na₂CO₃洗，再水洗，最后轉(zhuǎn)移至錐形瓶并干燥．
③將干燥后的乙酸正丁酯加入燒瓶中，常壓蒸餾，收集餾分，得15.1g乙酸正丁酯．
請(qǐng)回答有關(guān)問題：
（1）寫出任意一種正丁醇同類的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH₃CH₂CH（OH）CH₃．
（2）儀器A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O．
（3）步驟①向三頸燒瓶中依次加入的藥品是：正丁醇，濃硫酸，冰醋酸．
（4）步驟②中，用 10%Na₂CO₃溶液洗滌有機(jī)層，該步操作的目的是除去酯中混有的乙酸和正丁醇．
（5）步驟③在進(jìn)行蒸餾操作時(shí)，若從118℃開始收集餾分，產(chǎn)率偏高，（填“高”或“低”）原因是會(huì)收集到少量未反應(yīng)的冰醋酸和正丁醇．
（6）該實(shí)驗(yàn)生成的乙酸正丁酯的產(chǎn)率是65%．

Answer 1

分析 （1）丁醇同類的同分異構(gòu)體，必須含有醇羥基，也可以看成是羥取代丁烷同分異構(gòu)體上的氫；
（2）根據(jù)酯化反應(yīng)原理酸脫羥基醇脫氫寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）先加密度小的藥品，再加入密度較大的藥品；
（4）乙酸丁酯不溶于飽和碳酸鈉溶液，乙酸與碳酸鈉反應(yīng)而被吸收；
（5）若從118℃便開始收集餾分此時(shí)的蒸氣中含有醋酸和正丁醇，會(huì)收集到少量未反應(yīng)的冰醋酸和正丁醇，導(dǎo)致獲得的乙酸正丁酯質(zhì)量偏大；
（6）先根據(jù)酸的量計(jì)算理論上酯的量，再根據(jù)水的量計(jì)算酯的量，實(shí)際上酯的量與理論值之比即為酯的產(chǎn)率．

解答 解：（1）丁醇同類的同分異構(gòu)體，必須含有醇羥基，也可以看成是羥取代丁烷同分異構(gòu)體上的氫，其中一種的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：CH₃CH₂CH（OH）CH₃，
故答案為：CH₃CH₂CH（OH）CH₃；
（2）酯化反應(yīng)的本質(zhì)為酸脫羥基，醇脫氫，乙酸與丁醇在濃硫酸作用下加熱發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸丁酯和水，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，化學(xué)方程式為：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O，
故答案為：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O；
（3）先加密度小的藥品，再加入密度較大的藥品，所以先后順序?yàn)椋赫〈�，濃硫酸，冰醋酸�?br />故答案為：正丁醇，濃硫酸，冰醋酸；
（4）乙酸丁酯不溶于飽和碳酸鈉溶液，吸收正丁醇，乙酸與碳酸鈉反應(yīng)而被吸收，
故答案為：除去酯中混有的乙酸和正丁醇；
（5）若從118℃便開始收集餾分此時(shí)的蒸氣中含有醋酸和正丁醇，會(huì)收集到少量未反應(yīng)的冰醋酸和正丁醇，因此會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率偏高，
故答案為：高；會(huì)收集到少量未反應(yīng)的冰醋酸和正丁醇；
（6）正丁醇的質(zhì)量=0.8 g/mL×18.5mL=14.8g；冰醋酸的質(zhì)量=1.045g/mL×13.4mL=14.003g；
理論上14.8g正丁醇完全反應(yīng)生成酯的質(zhì)量為xg，需乙酸的質(zhì)量是yg．
乙酸和正丁醇的反應(yīng)方程式為CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH（7）正丁醇的質(zhì)量=0.8 g/mL×18.5mL=14.8g；冰醋酸的質(zhì)量=1.045g/mL×13.4mL=14.003g；
理論上14.8g正丁醇完全反應(yīng)生成酯的質(zhì)量為xg，需乙酸的質(zhì)量是yg．
乙酸和正丁醇的反應(yīng)方程式為CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O 
                                              60g              74g                               116g                           18g
                                             yg               14.8g                              xg

所以x=23.2 y=12g＜14.003g 所以乙酸過量，
乙酸正丁酯的產(chǎn)率=$\frac{15.1g}{23.2g}$×100%≈65%．
故答案為：65%．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了酯的制備，掌握酯的制備原理以及運(yùn)用原理理解實(shí)驗(yàn)裝置是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．試題充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．