题目

a-|||-分水器 置-|||-∠.-|||-(梨形) (球形)-|||-图I:分水回洗装置 图II:分液漏斗实验室制备乙酸正丁酯的化学方程式：CH3COOH+CH3CH2CH2OH⇌_(△)^H_(2SO_{4)}CH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O制备过程中还可能的副反应有：CH3CH2CH2CH2OH⇌_(△)^浓H_(2SO_{4)}CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3+H2O主要实验步骤如下：①在干燥的圆底烧瓶中加11.5mL正丁醇、7.2mL冰醋酸和3～4滴浓H2SO4，摇匀后，加几粒沸石，再如图Ⅰ装置安装好分水器、冷凝管．然后小火加热．②将烧瓶中反应后的混合物冷却与分水器中的酯层合并，转入分液漏斗，③依次用10mL水，10mL 10%碳酸钠溶液洗至无酸性（pH=7），再水洗一次，用少许无水硫酸镁干燥．④将干燥后的乙酸正丁酯转入50mL蒸馏烧瓶中，加几粒沸石进行常压蒸馏，收集产品．主要试剂及产物的物理常数： 化合物 正丁醇 冰醋酸 乙酸正丁酯 正丁醚 密度（g•cm-3） 0.810 1.049 0.882 0.7689 沸点（℃） 118.0 118.1 126.1 142 根据以上信息回答下列问题．（1）图I装置中冷水应从 ____ （填a或b），管口通入，反应混合物冷凝回流，通过分水器下端旋塞分出的生成物是 ____ ，其目的是 ____ ．（2）在步骤①④中都用到沸石防暴沸，下列关于沸石的说法正确的是 ____ ．A．实验室沸石也可用碎瓷片等代替B．如果忘加沸石，可速将沸石加至将近沸腾的液体中C．当重新进行蒸馏时，用过的沸石可继续使用D．沸石为多孔性物质，可使液体平稳地沸腾（3）在步骤③分液时，应选择图II装置中 ____ 形分液漏斗，其原因是 ____ ．（4）在提纯粗产品的过程中，用碳酸钠溶液洗涤主要除去的杂质 ____ ．若改用氢氧化钠溶液是否可以 ____ （填“可以”或“不可以”），其原因 ____ ．（5）步骤④的常压蒸馏，需收集 ____ ℃的馏分，沸点大于140℃的有机化合物的蒸馏，一般不用上述冷凝管而用空气冷凝管，可能原因是 ____ ．

菁优网实验室制备乙酸正丁酯的化学方程式：
CH3COOH+CH3CH2CH2OH$⇌_{△}^{H_{2}SO_{4}}$CH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O
制备过程中还可能的副反应有：
CH3CH2CH2CH2OH$⇌_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3+H2O
主要实验步骤如下：
①在干燥的圆底烧瓶中加11.5mL正丁醇、7.2mL冰醋酸和3～4滴浓H2SO4，摇匀后，加几粒沸石，再如图Ⅰ装置安装好分水器、冷凝管．然后小火加热．
②将烧瓶中反应后的混合物冷却与分水器中的酯层合并，转入分液漏斗，
③依次用10mL水，10mL 10%碳酸钠溶液洗至无酸性（pH=7），再水洗一次，用少许无水硫酸镁干燥．
④将干燥后的乙酸正丁酯转入50mL蒸馏烧瓶中，加几粒沸石进行常压蒸馏，收集产品．主要试剂及产物的物理常数：
化合物 正丁醇 冰醋酸 乙酸正丁酯 正丁醚
密度（g•cm-3） 0.810 1.049 0.882 0.7689
沸点（℃） 118.0 118.1 126.1 142
根据以上信息回答下列问题．
（1）图I装置中冷水应从 ____ （填a或b），管口通入，反应混合物冷凝回流，通过分水器下端旋塞分出的生成物是 ____ ，其目的是 ____ ．
（2）在步骤①④中都用到沸石防暴沸，下列关于沸石的说法正确的是 ____ ．
A．实验室沸石也可用碎瓷片等代替
B．如果忘加沸石，可速将沸石加至将近沸腾的液体中
C．当重新进行蒸馏时，用过的沸石可继续使用
D．沸石为多孔性物质，可使液体平稳地沸腾
（3）在步骤③分液时，应选择图II装置中 ____ 形分液漏斗，其原因是 ____ ．
（4）在提纯粗产品的过程中，用碳酸钠溶液洗涤主要除去的杂质 ____ ．若改用氢氧化钠溶液是否可以 ____ （填“可以”或“不可以”），其原因 ____ ．
（5）步骤④的常压蒸馏，需收集 ____ ℃的馏分，沸点大于140℃的有机化合物的蒸馏，一般不用上述冷凝管而用空气冷凝管，可能原因是 ____ ．

题目解答

答案

解：（1）冷水从下进上出冷凝效果最好；水的密度比乙酸正丁酯大；将水分离使平衡正向移动，提高反应产率，
故答案为：b；水；分离酯化反应生成的水，使平衡正向移动，提高反应产率；
（2）A．沸石为多孔性物质，可用碎瓷片等代替，故A正确；
B．如果忘加沸石，将沸石加至将近沸腾的液体中，可能引起液体飞溅，故B错误；
C．使用过一次后，空气几乎排尽，被液体填充，不再具有提供汽化中心的效果，故C错误；
D．沸石的工作原理是提供汽化中心，汽化中心的来源是沸石多孔结构中包含的空气．这些空气在加热后膨胀，形成气泡溢出，成为了汽化中心，故D正确．
故选：AD；
（3）梨形分液漏斗靠近旋塞处比较细长，分离操作更容易，故答案为：梨；梨形分液漏斗靠近旋塞处比较细长，双液界面更清晰，分离更完全；
（4）乙酸、硫酸、正丁醇易溶于碳酸钠溶液，且乙酸正丁酯在碳酸钠溶液的溶解度较小；乙酸正丁酯在碱性条件下能发生水解，故答案为：乙酸、硫酸、正丁醇；不可以；用氢氧化钠溶液会使乙酸正丁酯发生水解；
（5）乙酸正丁酯的沸点是126.1度，需收集126.1℃的馏分；水冷凝管温度较低，温差过大，冷凝管会炸裂，故答案为：126.1；防止因温差过大，冷凝管炸裂．

解析

本题考查乙酸正丁酯制备实验中的关键步骤和原理，涉及分水器冷凝方向、沸石作用、分液漏斗选择、洗涤剂除杂及蒸馏温度控制。解题核心在于：

  1. 分水器冷凝水方向由下而上，确保冷凝效果；
  2. 沸石需理解其结构与防暴沸原理；
  3. 分液漏斗形状与液体分层效果的关系；
  4. 碳酸钠洗涤的作用及不可用氢氧化钠的原因；
  5. 蒸馏温度需匹配产物沸点，冷凝管选型需考虑温差。

（1）分水器冷凝方向与分离物质

冷水方向

分水器冷凝管需冷水从下端（b）通入，形成逆流冷凝，冷凝效果最佳。

分离物质

分水器下端旋塞分出的物质是水，因水密度大于乙酸正丁酯，会沉降至分水器底部。

目的

通过及时移除生成水，使酯化反应平衡右移，提高产率。

（2）沸石的选择

选项分析

  • A正确：碎瓷片可替代沸石，均能提供汽化中心。
  • B错误：未沸腾时加沸石易引发暴沸。
  • C错误：用过的沸石孔隙被液体填充，失效。
  • D正确：沸石多孔结构释放空气，形成稳定汽化中心。

（3）分液漏斗形状选择

形状选择

应选梨形分液漏斗，因其靠近旋塞处细长，双液界面清晰，分液更彻底。

（4）洗涤剂作用与选择

除去杂质

碳酸钠溶液可中和乙酸、中和硫酸，并溶解正丁醇（与水混溶）。

不能用氢氧化钠

乙酸正丁酯在碱性条件下会发生水解反应，导致产品损失。

（5）蒸馏温度与冷凝管

收集温度

乙酸正丁酯沸点为126.1℃，需收集此温度馏分。

冷凝管选型

沸点>140℃时改用空气冷凝管，因水冷凝管温差大易炸裂。