2021版化学名师讲练大一轮复习方略人教通用版高考新风向·命题新情境10.3物质制备型综合实验

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高考新风向·命题新情境

分水器:主要用于化学实验中分离化学反应生成的水,由于化学反应生成的水在有水存在于反应体系时会对反应造成一定的影响或者使反应无法进行,需要把生成的水通过与水共沸的溶剂回流把水带出来,使反应能够进行。 

实验室利用冰醋酸和正丁醇制备乙酸正丁酯(浓硫酸催化)时,常采用如图装置。

在干燥的圆底烧瓶中加正丁醇、冰醋酸和浓硫酸,摇匀后,加几粒沸石,安装好分水器、冷凝管。然后小火加热,反应结束后将烧瓶中反应后的混合物冷却与分水器中的酯层合并,进一步分离提纯。

CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O。

问题1.分水器下端旋塞分出的生成物是什么?其目的是什么?(素养角度——变化观念与平衡思想)

提示:分出的生成物是水,目的是分离酯化反应生成的水,使平衡正向移动,提高反应产率。

问题2.判断反应已结束的方法是什么?(素养角度——宏观辨识与微观探析)

提示:分水器中的水位高度基本保持不变时(或者冷凝管中不再有液体滴下)。

最常见的塑化剂邻苯二甲酸二丁酯可由邻苯二甲酸酐与正丁醇在浓硫酸共热下反应制得,反应的化学方程式及装置图(部分装置省略)如下:

已知:正丁醇沸点118 ℃,纯邻苯二甲酸二丁酯是无色透明、具有芳香气味的油状液体,沸点340 ℃,酸性条件下,温度超过180 ℃时易发生分解。

由邻苯二甲酸酐、正丁醇制备邻苯二甲酸二丁酯实验操作流程如下:

①向三颈烧瓶内加入30 g邻苯二甲酸酐,22.2 g(0.3 mol)正丁醇以及少量浓硫酸。

②搅拌,升温至105 ℃,持续搅拌反应2小时,保温至反应结束。

③冷却至室温,将反应混合物倒出,通过工艺流程中的操作X,得到粗产品。

④粗产品用无水硫酸镁处理至澄清→取清液(粗酯)→圆底烧瓶→减压蒸馏,经过处理得到产品20.85 g。

请回答以下问题:

(1)步骤②中不断从分水器下部分离出产物水的目的是 ______________　。 

判断反应已结束的方法是_____________________　。 

(2)上述实验可能生成的副产物的结构简式为____________________(填一种即可)。 

(3)操作X中,应先用5% Na2CO3溶液洗涤粗产品,纯碱溶液浓度不宜过高,更不能使用氢氧化钠;若使用氢氧化钠溶液,对产物有什么影响?(用化学方程式表示)

 　　　　　　　　　　　　。 

(4)操作X中,分离出产物的操作中必须使用的主要玻璃仪器有__________　__________　。 

(5)粗产品提纯流程中采用减压蒸馏的目的是 　　　　　　　　。 

(6)本实验中,邻苯二甲酸二丁酯(式量是278)的产率为________。 

【解析】(1)水是生成物,不断地分离生成物,使平衡向着正向移动,可以提高反应物的转化率;分水器中的水位高度基本保持不变时(或者冷凝管中不再有液体滴下),说明反应结束。

(2)正丁醇可能发生消去反应,也可能发生分子间脱水反应生成醚等,实验中副产物的结构简式为:

CH2CHCH2CH3 、CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3等。

(3)若使用氢氧化钠溶液,会发生邻苯二甲酸二丁酯在碱性条件下的水解反应生成与正丁醇,反应方程式为+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH。

(4)操作X是将互不相溶的液体进行分离,应采取分液操作,操作中必须使用的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯。

(5)邻苯二甲酸二丁酯沸点较高,高温蒸馏会造成其分解,减压可使其沸点降低,防止分解。

(6)由于正丁醇不足,假设正丁醇完全转化,则邻苯二甲酸二丁酯的理论产量为×278 g·mol-1=41.7 g,故其产率为×100%=50%。

答案:(1)有利于反应向生成邻苯二甲酸二丁酯的方向移动,提高产率　分水器中的水位高度基本保持不变时(或者冷凝管中不再有液体滴下)

(2)CH2CHCH2CH3、

CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3等

(3)+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH

(4)分液漏斗、烧杯

(5)邻苯二甲酸二丁酯沸点较高,高温蒸馏会造成其分解,减压可使其沸点降低

(6)50%

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