Question

17．最常見的塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯可由鄰苯二甲酸酐與正丁醇在濃硫酸共熱下反應制得，反應的化學方程式及裝置圖（部分裝置省略）如圖1：

已知：正丁醇沸點118℃，純鄰苯二甲酸二丁酯是無色透明、具有芳香氣味的油狀液體，沸點340℃，酸性條件下，溫度超過180℃時易發生分解．由鄰苯二甲酸酐、正丁醇制備鄰苯二甲酸二丁酯實驗操作流程如下：
①向三頸燒瓶內加入30g（0.2mol）鄰苯二甲酸酐，22g（0.3mol）正丁醇以及少量濃硫酸．
②攪拌，升溫至105℃，持續攪拌反應2小時，保溫至反應結束．
③冷卻至室溫，將反應混合物倒出．通過工藝流程中的操作X，得到粗產品．
④粗產品用無水硫酸鎂處理至澄清→取清液（粗酯）→圓底燒瓶→減壓蒸餾，經過處理得到產品20.85g．
請回答以下問題：
（1）步驟②中不斷從分水器下部分離出產物水的目的是有利于反應向生成鄰苯二甲酸二丁酯的方向移動，提高產率．判斷反應已結束的方法是分水器中的水位高度基本保持不變時（或者冷凝管中不再有液體滴下）．
（2）上述實驗可能生成的副產物的結構簡式為CH₂=CHCH₂CH₃、CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃等（填一種即可）
（3）操作X中，應先用5%Na₂CO₃溶液洗滌粗產品．純堿溶液濃度不宜過高，更不能使用氫氧化鈉；若使用氫氧化鈉溶液，對產物有什么影響？（用化學方程式表示）+2NaOH$\stackrel{△}{→}$+2CH₃CH₂CH₂CH₂OH．
（4）操作X中，分離出產物的操作中必須使用的主要玻璃儀器有分液漏斗、燒杯．
（5）粗產品提純流程中采用減壓蒸餾的目的是鄰苯二甲酸二丁酯沸點較高，高溫蒸餾會造成其分解，減壓可使其沸點降低．
（6）本實驗中，鄰苯二甲酸二丁酯（式量是278）的產率為50%．

Answer 1

分析 （1）水是生成物，不斷的分離生成物，使平衡向著正向移動，可以提高反應物的轉化率；反應結束時，分水器中的水位高度不變，冷凝管中不再有液體滴下；
（2）正丁醇可能發生消去反應，也可以發生分子間脫水反應生成醚等；
（3）若使用氫氧化鈉溶液，會發生鄰苯二甲酸二丁酯在堿性條件下的水解反應生成與正丁醇；
（4）操作X是將互不相溶的液體進行分離，應采取分液操作；
（5）鄰苯二甲酸二丁酯的沸點340℃，溫度超過180℃時易發生分解，應減壓蒸餾使其沸點降低，防止分解；
（6）由于正丁醇不足，假設鄰正丁醇完全轉化，以此計算鄰苯二甲酸二丁酯的理論產量，產率=（實際產量÷理論產量）×100%．

解答 解：（1）水是生成物，不斷的分離生成物，使平衡向著正向移動，可以提高反應物的轉化率；分水器中的水位高度基本保持不變時（或者冷凝管中不再有液體滴下），說明反應結束，
故答案為：有利于反應向生成鄰苯二甲酸二丁酯的方向移動，提高產率；分水器中的水位高度基本保持不變時（或者冷凝管中不再有液體滴下）；
（2）正丁醇可能發生消去反應，也可以發生分子間脫水反應生成醚等，實驗中副產物的結構簡式為：CH₂=CHCH₂CH₃ 、CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃等，
故答案為：CH₂=CHCH₂CH₃、CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃等；
（3）若使用氫氧化鈉溶液，會發生鄰苯二甲酸二丁酯在堿性條件下的水解反應生成與正丁醇，反應方程式為：+2NaOH$\stackrel{△}{→}$+2CH₃CH₂CH₂CH₂OH，
故答案為：+2NaOH$\stackrel{△}{→}$+2CH₃CH₂CH₂CH₂OH；
（4）操作X是將互不相溶的液體進行分離，應采取分液操作，操作中必須使用的主要玻璃儀器有：分液漏斗、燒杯，
故答案為：分液漏斗、燒杯；
（5）鄰苯二甲酸二丁酯沸點較高，高溫蒸餾會造成其分解，減壓可使其沸點降低，防止分解，
故答案為：鄰苯二甲酸二丁酯沸點較高，高溫蒸餾會造成其分解，減壓可使其沸點降低；
（6）由于正丁醇不足，假設正丁醇完全轉化，則鄰苯二甲酸二丁酯的理論產量為：$\frac{0.3mol}{2}$×278g/mol=41.7g，故其產率為$\frac{20.85g}{41.7g}$×100%=50%，
故答案為：50%．

點評 本題考查制備方案的設計，題目難度中等，涉及物質的分離提純、對操作及原理的分析評價、產率計算等知識，掌握實驗操作的要求和實驗原理是解題的關鍵，試題培養了學生的分析能力及化學實驗能力．