Question

5．某研究性小組探究乙酸乙酯的反應機理，相關(guān)物理性質(zhì)（常溫常壓）及儀器如下：

	密度g/mL	熔點/℃	沸點/℃	水溶性
乙醇	0.79	-114	78	溶
乙酸	1.049	16.2	117	溶
乙酸乙酯	0.902	-84	76.5	不溶

已知：當乙酸乙酯安裝物質(zhì)的量1：1投料時，乙酸的轉(zhuǎn)化率為65%，當乙酸和乙醇按照物質(zhì)的量1：10投料時，乙酸的轉(zhuǎn)化率為97%（數(shù)據(jù)均在120℃下測定）．
實驗過程：
Ⅰ．合成反應：在三頸燒瓶中加入乙醇5mL，濃硫酸5mL，2小片碎瓷片．漏斗加入乙酸14.3 mL，乙醇20 mL．冷凝管中通入冷卻水后，開始緩慢加熱，控制滴加速度等于蒸餾速度，反應溫度不超過120℃．
Ⅱ．分離提純：將反應粗產(chǎn)物倒入分液漏斗中，依次用少量飽和的Na₂CO₃溶液、飽和NaCl溶液、飽和CaCl₂溶液洗滌，分離后加入無水碳酸鉀，靜置一段時間后棄去碳酸鉀．最終通過蒸餾得到純凈的乙酸乙酯．   
回答下列問題：
（1）酯化反應的機理探究
 A、乙醇羥基氧示蹤
CH₂COOCH₂CH₃$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃CO¹⁸OCH₂CH₃+H₂O
B、用醋酸烴基氧示蹤

實驗B發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物中含氧-18水占到總水量的一半，酯也一樣．這個實驗推翻了酯化反應為簡單的取代反應的結(jié)論．請你設(shè)想酯化反應的機理先加成反應生成后消去失水，失水有兩種可能分別生成．
（2）酯化反應是一個可逆的反應，120℃時，平衡常數(shù)K=3.45． 
（3）如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加瓷片，應該采取的正確操作是B（填正確答案標號）． 
A．立即補加     B．冷卻后補加     C．不需補加      D．重新配料 
（4）本實驗用到的量取液體體積的儀器是量筒，濃硫酸與乙醇混合應怎樣操作？先加入乙醇后加入硫酸，邊振蕩加滴加．    
（5）控制滴加乙酸和乙醇混和液的速度等于蒸餾速度目的是保證乙醇量是乙酸量10倍以上，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率．   
（6）蒸出的粗乙酸乙酯中主要有哪些雜質(zhì)乙醚、乙酸、乙醇和水．用飽和NaCl溶液洗滌除去殘留的Na₂CO₃溶液，為什么不用水？減少乙酸乙酯溶解．

Answer 1

分析 （1）乙酸分子中含有碳氧雙鍵，酯化反應的歷程可能是首先乙酸和乙醇發(fā)生加成反應，后消去生成酯；
（2）化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（3）液體加熱要加碎瓷片，防止暴沸；忘記加瓷片，應該采取冷卻后補加；
（4）量取液體體積時需要量筒；從濃硫酸溶于水放熱分析；
（5）乙酸乙酯的制備反應是可逆反應，為提高反應物的轉(zhuǎn)化率和提高產(chǎn)率，通常采取增大某反應物的濃度或減小生產(chǎn)物的濃度的方法；
（6）根據(jù)該反應的特點解答；用飽和NaCl溶液洗滌除去殘留的Na₂CO₃溶液，減少乙酸乙酯溶解．

解答 解：（1）用醋酸羥基氧示蹤含氧18水占到總水量的一半，酯也一樣，說明酯化反應的歷程可能是首先乙酸分子中含有碳氧雙鍵打開發(fā)生加成反應，氧上連氫原子，碳上連乙氧基，生成，連在同一碳上的兩個羥基不穩(wěn)定，會失水發(fā)生消去反應，失水有兩種情況，可能分別生成，
故答案為：先加成反應生成后消去失水，失水有兩種可能分別生成；
（2）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，平衡常數(shù)只受溫度影響，120℃時，取CH₃COOH與C₂H₅OH投料比為1：1，產(chǎn)率65%，則K=$\frac{C（C{H}_{3}COO{C}_{2}{H}_{5}）C（{H}_{2}O）}{C（C{H}_{3}COOH）C（{C}_{2}{H}_{5}OH）}$=$\frac{0.65×0.65}{0.35×0.35}$=3.45，
故答案為：3.45； 
（3）液體乙酸乙醇沸點低，加入沸石（碎瓷片），可以通過孔隙凝聚蒸汽，使成為氣泡浮出，防止暴沸，如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加瓷片，應該采取的正確操作是冷卻后補加，
故答案為：B；
（4）量取液體體積時需要量筒，為防止酸液飛濺，應將密度大的液體加入到密度小的液體中，應將濃硫酸加入到乙醇中，防止硫酸溶解時放出大量的熱導致液體飛濺，
故答案為：量筒；先加入乙醇后加入硫酸，邊振蕩加滴加；
（5）通過分液漏斗中邊滴加乙酸和乙醇混和液邊加熱蒸餾，可以不斷增大乙酸和乙醇混和液的濃度，減小乙酸乙酯的濃度，有利于平衡向正反應方向移動，控制滴加乙酸和乙醇混和液的速度等于蒸餾速度目的保證乙醇量是乙酸量10倍以上，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：保證乙醇量是乙酸量10倍以上，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率；
（6）該反應為可逆反應，同時有副反應2C₂H₅OH$→_{140℃}^{濃硫酸}$C₂H₅OC₂H₅+H₂O，所以反應物和生成物共存，蒸出的粗乙酸乙酯中主要有乙醚、乙酸、乙醇和水，飽和的Na₂CO₃溶液洗滌除去乙酸，減少乙酸乙酯溶解，故答案為：乙醚、乙酸、乙醇和水；減少乙酸乙酯溶解．

點評 本題考查實驗室制備乙酸乙酯的方案設(shè)計與評價，題目難度較大，本題注意把握實驗操作原理，把握題給信息，掌握實驗操作方法，學習中注意積累．