Question

9．某化學小組以苯甲酸為原料，制取苯甲酸甲酯．已知有關物質的沸點如下表：

物質	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸點/℃	64.7	249	199.6

Ⅰ合成苯甲酸甲酯粗產品
在圓底燒瓶中加入12.2g苯甲酸和20mL甲醇（密度約0.79g•mL^-1），再小心加入3mL濃硫酸，混勻后，投入幾粒碎瓷片，小心加熱使反應完全，得苯甲酸甲酯粗產品．
（1）濃硫酸的作用是；催化劑、吸水劑簡述混合液體時最后加入濃硫酸的理由：濃硫酸密度較大，且與苯甲酸、甲醇混合放出大量熱量，甲醇易揮發．
（2）甲、乙、丙三位同學分別設計了如圖三套實驗室合成苯甲酸甲酯的裝置（夾持儀器和加熱儀器均已略去）．根據有機物的沸點，最好采用裝置乙（填“甲”或“乙”或“丙”）．

Ⅱ粗產品的精制
（3）苯甲酸甲酯粗產品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，現擬用下列流程進行精制，請根據流程圖寫出操作方法的名稱．操作Ⅰ操作Ⅱ．

（4）能否用NaOH溶液代替飽和碳酸鈉溶液？否（填“能”或“否”），并簡述原因氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，導致產品損失．
（5）通過計算，苯甲酸甲酯的產率是65%．

Answer 1

分析 （1）根據酯化反應中濃硫酸的作用進行解答，濃硫酸的密度較大，且與苯甲酸、甲醇混合放出大量熱量，甲醇易揮發，從實驗安全和反應的物質的轉化率角度分析；
（2）根據甲圖、乙圖裝置的圓底燒瓶上沒有冷凝管及甲醇易揮發進行分析；
（3）分液用于分離兩種不互溶的液體，蒸餾用于互溶但沸點相差較大的兩種（或兩種以上）液體分離；
（4）氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，據此答題；
（5）產率=$\frac{實際產量}{理論產量}$×100%，根據反應物的物質的量判斷過量，根據不足量計算出理論上生成苯甲酸甲酯的物質的量，再計算出其產率．

解答 解：（1）濃硫酸在酯化反應中起到了催化劑作用，酯化反應為可逆反應，濃硫酸吸收反應生成的水，可以促進酯的生成，濃硫酸起到了吸水劑的作用，濃硫酸的密度較大，且與苯甲酸、甲醇混合放出大量熱量，甲醇易揮發，從實驗安全和反應的物質的轉化率角度看混合液體時最后加入濃硫酸，
故答案為：催化劑、吸水劑；濃硫酸密度較大，且與苯甲酸、甲醇混合放出大量熱量，甲醇易揮發；
（2）由裝置圖可知，乙圖的圓底燒瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，甲圖和丙圖則沒有，而本題中反應物甲醇沸點低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸點遠高于甲醇，若采用甲圖、丙圖，甲醇必定會大量揮發，不利于合成反應，所以應冷凝回流，減少甲醇的揮發，提高產率，
故答案為：乙； 
（3）苯甲酸甲酯不溶于水，操作Ⅰ分離出互不相溶的液體，通常采用分液操作完成；甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，二者沸點不同，可以通過蒸餾操作分離，
故答案為：分液；蒸餾；
（4）氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，所以不能用NaOH溶液代替飽和碳酸鈉溶液，
故答案為：否；氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，導致產品損失；
（5）12.2g苯甲酸的物質的量為：$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，20mL甲醇（密度約0.79g/mL）的物質的量為：$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.49mol＞0.1mol，
則理論上生成苯甲酸甲酯的物質的量為：0.1mol，質量為：136g/mol×0.1mol=13.6g，則苯甲酸甲酯的產率為：$\frac{8.84g}{13.6g}$×100%=65%，
故答案為：65%．

點評 本題通過苯甲酸甲酯的制備方法，考查了物質制備方案的設計與評價，題目難度中等，明確物質的制備原理為解答此類題的關鍵，該烴為乙酸乙酯的制備知識的遷移題目，充分考查了學生靈活應用所學知識的能力．