Question

17．有機物的反應往往伴隨副反應發生，因此 需要分離提純．有一種水果香精的合成步驟如下：
Ⅰ合成：
在干燥的圓底燒瓶中加入11.5mL（9.3g，0.125mol）正丁醇、7.2mL（7.5g，0.125mol）冰醋酸和3～4滴濃H₂SO₄，搖勻后，加幾粒沸石，再按圖1所示裝置安裝好．在分水器中預先加入5.00mL水，其水面低于分水器回流支管下沿3～5mm，然后用小火加熱，反應大約40min．
Ⅱ分離提純：
①將燒瓶中反應后的混合物冷卻后與分水器中的酯層合并，轉入分液漏斗，依次用10mL水、10mL 10% 碳酸鈉溶液洗至中性，充分振蕩后靜置，分去水層．
②將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無水硫酸鎂干燥．
③將乙酸正丁酯粗產品轉入50mL蒸餾燒瓶中，加幾粒沸石進行常壓蒸餾，收集產品．
主要試劑及產物的物理常數如下：

化合物	正丁醇	冰醋酸	乙酸正丁酯	正丁醚
密度/（g/mL）	0.810	1.049	0.882	0.7689
沸點/℃	117.8	118.1	126.1	143
在水中的溶解性	易溶	易溶	難溶	難溶

制備過程中還可能有的副反應：
2CH₃CH₂CH₂CH₂OHCH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
（1）合成和分離過程中均使用沸石，其作用防止液體加熱時發生暴沸．
（2）如圖1整個裝置可看作由分水器、圓底燒瓶和冷凝管組成，其中冷水應從b（填a或b）管口通入．
（3）在操作步驟②后（即酯層用無水硫酸鎂干燥后），應先過濾（填實驗操作名稱），然后將乙酸正丁酯粗產品轉入蒸餾燒瓶中，如果蒸餾裝置如圖2所示，則收集到的產品中可能混有正丁醚雜質．
（4）步驟③的常壓蒸餾，需控制一定的溫度，你認為在BD中加熱比較合適（請從下列選項中選擇）．
A．水                  B．甘油（沸點290℃）
C．沙子                D．石蠟油（沸點200～300℃）
（5）如何根據裝置中的實驗現象判斷該合成反應達到了終點分水器中水面不再升高．
（6）反應結束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g/mL），則正丁醇的利用率約為88%．

Answer 1

分析 （1）反應裝置中加入的固體沸石，目的是防止暴沸；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，有利于冷卻；
（3）酯層用無水硫酸鎂干燥后，應過濾除去干燥劑；反應中發生副反應得到正丁醚，而正丁醚難溶，正丁醇、醋酸溶于水，制備的物質中含有正丁醚；
（4）乙酸正丁酯的沸點是126.1℃，選擇沸點稍高的液體加熱；
（5）分水器中水面不再升高說明反應結束；
（6）計算生成水的質量，根據方程式計算參加反應正丁醇的產量，正丁醇的利用率=$\frac{參加反應的質量}{投入的總質量}$×100%．

解答 解：（1）合成和分離過程中均使用沸石，其作用是防止液體加熱時發生暴沸，
故答案為：防止液體加熱時發生暴沸；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，其中冷水應從b管口通入，從a管中流出，有利于冷卻，
故答案為：b；
（3）酯層用無水硫酸鎂干燥后，應過濾除去干燥劑；正丁醇和乙酸易溶于水，在用水洗、10%碳酸鈉溶液洗時，已經被除去，正丁醚與乙酸丁酯互溶，水洗和10%碳酸鈉溶液洗時不能除去，所以蒸餾時會有少量揮發進入乙酸丁酯，則乙酸正丁酯的雜質為正丁醚，
故答案為：過濾；正丁醚；
（4）乙酸正丁酯的沸點是126.1℃，選擇沸點稍高的液體加熱，所以可以在甘油和石蠟油中加熱，水的沸點為100℃，加熱溫度太低，用砂子加熱溫度太高不易控制，故選：BD；
（5）合成反應中生成水，分離回流到分水器中，分水器中水面不再升高說明反應結束，
故答案為：分水器中水面不再升高；
（6）反應結束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g•mL^-1），則反應生成的水為6.98mL-5.00mL=1.98mL，即1.98g，設參加反應的正丁醇為x，
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
         74                                                                                     18
         x                                                                                      1.98g
則x=$\frac{74×1.98g}{18g}$=8.14g，
則正丁醇的利用率為$\frac{8.14g}{9.3g}$×100%=88%，
故答案為：88%．

點評 本題考查有機物制備實驗，涉及實驗操作、實驗原理、物質的性質的應用、分離提純、有關方程式的計算等，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力和數據處理能力．