Question

2．水楊酸甲酯又叫冬青油，是一種重要的有機(jī)合成原料．某化學(xué)小組用水楊酸（ ）和甲醇在酸性催化劑催化下合成水楊酸甲酯并計(jì)算其產(chǎn)率．
實(shí)驗(yàn)步驟：
Ⅰ．如圖，在三頸燒瓶中加入6.9g （0.05mol）水楊酸和24g（30mL，0.75mol）甲醇，向混合物中加入約10mL甲苯（甲苯與水形成的共沸物，沸點(diǎn)為85℃，該實(shí)驗(yàn)中加入甲苯，易將水蒸出），再小心地加入5mL濃硫酸，搖動(dòng)混勻，加入1～2粒沸石，組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在85～95℃下恒溫加熱反應(yīng)1.5小時(shí)：
Ⅱ．待裝置冷卻后，分離出甲醇，然后轉(zhuǎn)移至分液漏斗，依次用少量水、5%NaHCO₃ 溶液和水洗滌；分出的產(chǎn)物加入少量無水MgSO₄固體，過濾得到粗酯；
Ⅲ．將粗酯進(jìn)行蒸餾，收集221℃～224℃的餾分，得水楊酸甲酯4.5g．
常用物理常數(shù)：

名稱	分子量	顏色狀態(tài)	相對(duì)密度	熔點(diǎn)（℃）	沸點(diǎn)（℃）
水楊酸甲酯	152	無色液體	1.18	-8.6	224
水楊酸	138	白色晶體	1.44	158	210
甲醇	32	無色液體	0.792	-97	64.7

請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問題：
（1）儀器A的名稱是球形冷凝管，制備水楊酸甲酯時(shí)，最合適的加熱方法是水浴加熱．
（2）實(shí)驗(yàn)中加入甲苯對(duì)合成水楊酸甲酯的作用是反應(yīng)產(chǎn)生的水從反應(yīng)體系中分離開來，使得平衡向右移動(dòng)，同時(shí)可以減少甲醇的用量，從而提高反應(yīng)的產(chǎn)率．
（3）反應(yīng)結(jié)束后，分離甲醇的操作是蒸餾（或水洗分液）．
（4）洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是洗掉大部分的硫酸，第二次水洗的主要目的是洗掉碳酸氫鈉．
（5）檢驗(yàn)產(chǎn)品中是否含有水楊酸的化學(xué)方法是向產(chǎn)品中滴加少量的紫色石蕊試液，觀察是否變紅．
（6）本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為59%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題中儀器A的構(gòu)造判斷該儀器的名稱；控制溫度在85～95℃下恒溫下加熱反應(yīng)，需要溫度計(jì)控制水浴溫度加熱；
（2）根據(jù)題意可知“該實(shí)驗(yàn)中加入甲苯，易將水蒸出”，水在低溫下?lián)]發(fā)，同時(shí)減少了甲醇的消耗；
（3）根據(jù)物質(zhì)的溶解性來解答；
（4）在洗滌操作中，第一次洗滌的主要目的是除去大部分催化劑硫酸；第二次水洗，主要目的是除去產(chǎn)品中殘留的碳酸氫鈉；
（5）根據(jù)酸能使紫色石蕊試液變紅來解答；
（6）先根據(jù)水楊酸和甲醇的物質(zhì)的量，然后判斷過量情況，根據(jù)不足量計(jì)算出理論上生成水楊酸甲酯的物質(zhì)的量，最后根據(jù)實(shí)際上制取的水楊酸甲酯計(jì)算出產(chǎn)率．

解答 解：（1）由裝置中儀器A的構(gòu)造可知，儀器A的名稱是球形冷凝管，使揮發(fā)出來的氣體冷凝回流；控制溫度在85～95℃下恒溫下加熱反應(yīng)，溫度低于100℃，應(yīng)采取水浴加熱；
故答案為：球形冷凝管；水浴加熱；
（2）該實(shí)驗(yàn)中加入甲苯，易將水蒸出，反應(yīng)產(chǎn)生的水從反應(yīng)體系中分離開來，使得平衡向右移動(dòng)，水在低溫下?lián)]發(fā)，同時(shí)減少了甲醇的消耗，從而提高反應(yīng)的產(chǎn)率；
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)生的水從反應(yīng)體系中分離開來，使得平衡向右移動(dòng)，同時(shí)可以減少甲醇的用量，從而提高反應(yīng)的產(chǎn)率；
（3）甲醇和水楊酸甲酯是互溶的液體，可用蒸餾來分離；甲醇易溶于水，水楊酸甲酯不溶于水，可以水洗來分離，故答案為：蒸餾（或水洗分液）；
（4）反應(yīng)后的溶液要經(jīng)過多次洗滌，在洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是除去大部分催化劑硫酸，5%NaHCO₃溶液既可以除去未洗凈的硫酸，也可以降低酯的溶解度，但第二步洗滌后生成的酯中混有NaHCO₃，所以第二次水洗，主要目的是除去產(chǎn)品中殘留的碳酸氫鈉，
故答案為：洗掉大部分硫酸；洗掉碳酸氫鈉；
（5）水楊酸呈酸性，所以向產(chǎn)品中滴加少量的紫色石蕊試液，觀察是否變紅即可，故答案為：向產(chǎn)品中滴加少量的紫色石蕊試液，觀察是否變紅；
（6）水楊酸和甲醇的物質(zhì)的量分別為：0.05mol，0.75mol，由于水楊酸和甲醇是按照1：1進(jìn)行反應(yīng)，所以甲醇過量，生成水楊酸甲酯的量要按照水楊酸的物質(zhì)的量計(jì)算，即理論上生成0.05mol水楊酸甲酯；實(shí)際上生成的水楊酸甲酯的質(zhì)量為4.5g，物質(zhì)的量為：$\frac{4.5g}{152g/mol}$=0.0296mol，所以實(shí)驗(yàn)中水楊酸甲酯的產(chǎn)率為$\frac{0.0296mol}{0.05mol}$×100%=59%；
故答案為：59%．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)的制備為背景，考查了常見儀器的構(gòu)造與安裝、混合物的分離、提純、物質(zhì)的制取、物質(zhì)產(chǎn)率的計(jì)算等知識(shí)，題目難度較大，試題涉及的題量較大，知識(shí)點(diǎn)較多，充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．