Question

5．乙酸異戊酯常作為配制香蕉、梨、蘋果等多種口味食品的香料．實驗室合成乙酸異戊酯的原料是乙酸和異戊醇[（CH₃）₂CHCH₂CH₂OH]，其裝置如圖所示．
合成反應：
在甲中加入20g異戊醇和少量碎瓷片，在不斷攪拌下加入2mL濃硫酸，冷卻后加入100g稍過量的冰醋酸，再加入環己烷（能與產物形成共沸混合物，不參加反應）．安裝帶有分水器（預裝有一定量的水）的冷凝回流裝置，球形冷凝管中通入冷卻水，用甘油浴緩慢加熱儀器甲，冷凝回流一段時間．
分離提純：
將反應粗產品倒入分液漏斗中，分別用少量10% Na₂CO₃溶液分兩次洗滌．分去水層，向有機層中加入無水硫酸鎂固體，靜置一段時間后分離出液體，最后蒸餾除去環己烷得到純凈的乙酸異戊酯13g．
已知下列物質的沸點和密度：

	甘油	環已烷	乙酸	異戊醇
沸點/℃	290	80.7	117.9	132.5
密度/g•cm-3	1.26	0.78	1.05	0.81

請回答下列問題：
（1）合成乙酸異戊酯的化學方程式為CH₃COOH+（CH₃）₂CHCH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH（CH₃）₂+H₂O．
（2）儀器甲的名稱是圓底燒瓶．
（3）分水器可將儀器甲中產生的水分離出來，目的是提高反應物的轉化率或生成物的產率；按照球形冷凝管中冷卻水的流向應該由b（填“a”或“b”）口進水．
（4）本實驗使用甘油浴加熱的優點有便于控制反應溫度、使圓底燒瓶受熱均勻 （答出兩點即可）．
（5）當觀察到分水器中出現水層高度（或水的體積、液面對應刻度）不再變化現象時，可停止加熱儀器甲，終止合成反應過程．
（6）用10%Na₂CO₃溶液洗滌的作用是ad．
a、除去未反應完的醋酸        b、提高異戊醇的轉化率
c、與異戊醇反應，除去雜質    d、降低乙酸異戊酯在水中的溶解能力
（7）本實驗中無水硫酸鎂的作用是作干燥劑．
（8）本實驗中異戊醇的轉化率為44%．

Answer 1

分析 （1）CH₃COOH與（CH₃）₂CHCH₂CH₂OH反應生成CH₃COOCH₂CH₂CH（CH₃）₂和H₂O；
（2）根據儀器形狀確定名稱；
（3）降低生成物的濃度平衡向正反應方向移動，冷凝水下進上出；
（4）甘油浴加熱便于控制反應溫度；
（5）當不再生成水，反應達到平衡；
（6）Na₂CO₃溶液能與乙酸反應；
（7）無水硫酸鎂具有吸水性；
（8）先計算出乙酸和異戊醇的物質的量，然后判斷過量情況，根據不足量計算出理論上生成乙酸異戊酯的物質的量，最后根據實際上制取的乙酸異戊酯計算出產率．

解答 解：（1）CH₃COOH與（CH₃）₂CHCH₂CH₂OH反應生成CH₃COOCH₂CH₂CH（CH₃）₂和H₂O，化學方程式為CH₃COOH+（CH₃）₂CHCH₂CH₂O$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH（CH₃）₂+H₂O，故答案為：CH₃COOH+（CH₃）₂CHCH₂CH₂O$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH（CH₃）₂+H₂O；
（2）儀器甲為圓底燒瓶，故答案為：圓底燒瓶；
（3）降低生成物的濃度平衡向正反應方向移動，可提高反應物的轉化率或生成物的產率，冷凝水下進上出，從b口進水，故答案為：提高反應物的轉化率或生成物的產率；b；
（4）甘油浴加熱便于控制反應溫度、使圓底燒瓶受熱均勻，故答案為：便于控制反應溫度；使圓底燒瓶受熱均勻；
（5）當不再生成水，反應達到平衡，停止加熱，故答案為：水層高度（或水的體積、液面對應刻度）不再變化；
（6）乙酸異戊酯在飽和碳酸鈉中的溶解度比在水中的小，Na₂CO₃溶液能與乙酸反應，故答案為：ad；
（7）無水硫酸鎂具有吸水性，能作干燥劑，所以無水硫酸鎂的作用是作干燥劑，故答案為：作干燥劑；
（8）乙酸的物質的量為：n=$\frac{100g}{60g/mol}$=1.67mol，異戊醇的物質的量為：n=$\frac{20g}{88g/mol}$=0.227mol，由于乙酸和異戊醇是按照1：1進行反應，所以乙酸過量，生成乙酸異戊酯的量要按照異戊醇的物質的量計算，即理論上生成0.227mol乙酸異戊酯；實際上生成的乙酸異戊酯的物質的量為：$\frac{13g}{130g/mol}$=0.1mol，所以實驗中乙酸異戊酯的產率為：$\frac{0.1mol}{0.227mol}$×100%=44%，故答案為：44%．

點評 本題考查制備實驗方案設計，涉及物質的制備、物質產率的計算等知識，試題涉及的題量較大，知識點較多，充分培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力，題目難度中等．