Question

【題目】實驗室制備甲基丙烯酸甲酯的反應裝置如圖所示，有關信息如下：

+CH3OH+H2O

已知甲基丙烯酸甲酯受熱易聚合；甲基丙烯酸甲酯在鹽溶液中溶解度較小；CaCl2可與醇結合形成復合物。

實驗步驟：

①向100mL燒瓶中依次加入：15mL甲基丙烯酸、2粒沸石、10mL無水甲醇、適量的濃硫酸；

②在分水器中預先加入水，使水面略低于分水器的支管口，通入冷凝水，緩慢加熱燒瓶。在反應過程中，通過分水器下部的旋塞分出生成的水，保持分水器中水層液面的高度不變，使油層盡量回到圓底燒瓶中；

③當____，停止加熱；

④冷卻后用試劑X洗滌燒瓶中的混合溶液并分離；

⑤取有機層混合液蒸餾，得到較純凈的甲基丙烯酸甲酯。

請回答下列問題：

（1）A裝置的名稱是__。

（2）請將步驟③填完整__。

（3）上述實驗可能生成的副產物結構簡式為__(填兩種)。

（4）下列說法正確的是___(填字母代號)。

A.在該實驗中，濃硫酸是催化劑和脫水劑

B.酯化反應中若生成的酯的密度比水大，不能用分水器提高反應物的轉化率

C.洗滌劑X是一組試劑，產物要依次用飽和Na2CO3、飽和CaCl2溶液洗滌

D.為了提高蒸餾速度，最后一步蒸餾可采用減壓蒸餾；該步驟一定不能用常壓蒸餾

（5）實驗結束收集分水器分離出的水，并測得質量為2.70g，計算甲基丙烯酸甲酯的產率約為__(結果保留一位小數)。實驗中甲基丙烯酸甲酯的實際產率總是小于此計算值，可能其原因不是__(填字母代號)。

A.分水器收集的水里含甲基丙烯酸甲酯

B.實驗條件下發生副反應

C.產品精制時收集部分低沸點物質

D.產品在洗滌、蒸發過程中有損失.

Answer 1

【答案】球形冷凝管 當分水器中液面不再變化 CH3OCH3、 BD 85.2% C

【解析】

(1)根據裝置圖中A的結構和形狀判斷；

(2)根據步驟②描述操作要保持分水器中水層液面的高度不變，分析步驟③的操作；

(3)上述實驗可能發生的副反應為甲基丙烯酸甲酯受熱易聚合，甲醇分子間脫水，甲基丙烯酸聚合；

(4) A．在該實驗中，發生酯化反應，酯化反應中，濃硫酸是催化劑和吸水劑；

B．酯化反應中若生成的酯的密度比水大，會導致水流入圓底燒瓶；

C．用試劑X洗滌產品，需要洗去表面羧酸及甲醇，且應降低酯的溶解度，結合乙酸乙酯的洗滌解答；

D．根據已知信息，甲基丙烯酸甲酯受熱易聚合；

(5)計算甲基丙烯酸、甲醇的質量，進行過量計算，根據不足量的物質計算產品的理論產量，根據生成水的質量計算產品實際產量，進而計算產率；產率=，分析實際操作中對實際產量的影響分析。

(1)由儀器的結構特征，可知裝置A為球形冷凝管；

(2)根據步驟②描述操作要保持分水器中水層液面的高度不變，因此步驟③的操作為：當分水器中液面不再變化，停止加熱；

(3)上述實驗可能發生的副反應為甲基丙烯酸甲酯受熱易聚合生成，甲醇之間在濃硫酸催化劑作用下可以發生分子間脫水反應生成甲醚，可能產生的副產物有CH3OCH3、；

(4) A．在該實驗中，發生酯化反應，酯化反應中，濃硫酸是催化劑和吸水劑，故A錯誤；

B．酯化反應中若生成的酯的密度比水大，則酯會沉在分水器中的水下，會導致水從分水器中流入圓底燒瓶，不能提高反應物的轉化率，故B正確；

C．用試劑X洗滌產品，需要洗去表面羧酸及甲醇，且應降低酯的溶解度，根據題干已知信息分析可得，產物要依次用飽和Na2CO3除去甲基丙烯酸、飽和NaCl溶液洗洗去甲基丙烯酸甲酯中溶解的Na2CO3、飽和CaCl2溶液吸收甲醇和水，故C錯誤；

D．根據已知信息，為了提高蒸餾速度，防止甲基丙烯酸甲酯受熱易聚合，最后一步蒸餾可采用減壓蒸餾，該步驟一定不能用常壓蒸餾，故D正確；

答案選BD。

(5)甲基丙烯酸、15mL甲基丙烯酸的質量為15mL×1.01g/mL=15.15g，10mL無水甲醇的質量為10mL×0.79g/mL=7.9g，甲醇完全反應需要甲基丙烯酸的質量為×86g/mol=21.23g>15.15g，故甲醇過量，則理論生成甲基丙烯酸甲酯的質量為×100g/mol，測得生成水的質量為2.70g，則實際得到甲基丙烯酸甲酯的質量為×100g/mol=15g，故產率為×100%=85.2%；

A．分水器收集的水里含甲酯，產品的質量偏小，產率偏低，故A不符合題意；

B．實驗條件下發生副反應，會導致產品質量偏小，產率偏低，故B不符合題意；

C．產品精制時收集部分低沸點物質，會導致產品質量偏大，產率偏大，故C符合題意；

D．產品在洗滌、蒸發過程中有損失，會導致產品質量偏小，產率偏低，故D不符合題意；

答案選C。