Question

18．某化學小組以苯甲酸（）為原料，制取苯甲酸甲酯．已知有關物質(zhì)的沸點如下表：

物質(zhì)	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸點/℃	64.7	249	199.6

Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品
在圓底燒瓶中加入12.2g苯甲酸（M=122g/mol）和20ml甲醇（密度約0.79g•mL^-1 ），再小心加入3mL濃硫酸，混勻后，投入幾粒碎瓷片，小心加熱使反應完全，得苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品．
（1）若反應產(chǎn)物水分子中有同位素¹⁸O，寫出能表示反應前后¹⁸O位置的化學方程式C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；濃硫酸的作用是：催化劑、吸水劑．
（2）甲、乙、丙三位同學分別設計了如下圖三套實驗室合成苯甲酸甲酯的裝置（夾持儀器和加熱儀器均已略去）．根據(jù)有機物的沸點，最好采用乙裝置（填“甲”或“乙”或“丙”）．

Ⅱ．粗產(chǎn)品的精制
（3）苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，現(xiàn)擬用下列流程進行精制，請根據(jù)流程圖寫出操作方法的名稱．操作Ⅰ分液 操作Ⅱ蒸餾．

（4）能否用NaOH溶液代替飽和碳酸鈉溶液？否（填“能”或“否”），并簡述原因氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，導致產(chǎn)品損失．
（5）通過計算，苯甲酸甲酯的產(chǎn)率是65%．

Answer 1

分析 （1）酯化反應機理為酸脫羥基醇脫氫，據(jù)此寫出該反應的化學方程式，根據(jù)酯化反應中濃硫酸的作用進行解答；
（2）根據(jù)甲圖、乙圖裝置的圓底燒瓶上沒有冷凝管及甲醇易揮發(fā)進行分析；
（3）分液用于分離兩種不互溶的液體，蒸餾用于互溶但沸點相差較大的兩種（或兩種以上）液體分離；
（4）氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，據(jù)此答題；
（5）產(chǎn)率=$\frac{實際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%，根據(jù)反應物的物質(zhì)的量判斷過量，根據(jù)不足量計算出理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量，再計算出其產(chǎn)率．

解答 解：（1）苯甲酸與甲醇在濃硫酸作用下的酯化反應為：苯甲酸脫去羥基，據(jù)此脫去羥基中的氫原子，二者反應生成苯甲酸甲酯，所以水中¹⁸O原子來自苯甲酸，反應的化學方程式為：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O，濃硫酸在酯化反應中起到了催化劑作用，酯化反應為可逆反應，濃硫酸吸收反應生成的水，可以促進酯的生成，濃硫酸起到了吸水劑的作用，
故答案為：C₆H₅CO¹⁸OH+CH₃OH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$C₆H₅COOCH₃+H₂¹⁸O；催化劑、吸水劑；
（2）由裝置圖可知，乙圖的圓底燒瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，甲圖和丙圖則沒有，而本題中反應物甲醇沸點低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸點遠高于甲醇，若采用甲圖、丙圖，甲醇必定會大量揮發(fā)，不利于合成反應，所以應冷凝回流，減少甲醇的揮發(fā)，提高產(chǎn)率，
故答案為：乙； 
（3）苯甲酸甲酯不溶于水，操作Ⅰ分離出互不相溶的液體，通常采用分液操作完成；甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，二者沸點不同，可以通過蒸餾操作分離，
故答案為：分液；蒸餾；
（4）氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，所以不能用NaOH溶液代替飽和碳酸鈉溶液，
故答案為：否；氫氧化鈉是強堿，促進苯甲酸甲酯的水解，導致產(chǎn)品損失；
（5）12.2g苯甲酸的物質(zhì)的量為：$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，20mL甲醇（密度約0.79g/mL）的物質(zhì)的量為：$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.49mol＞0.1mol，
則理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量為：0.1mol，質(zhì)量為：136g/mol×0.1mol=13.6g，則苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為：$\frac{8.84g}{13.6g}$×100%=65%，
故答案為：65%．

點評 本題通過苯甲酸甲酯的制備方法，考查了物質(zhì)制備方案的設計與評價，題目難度中等，明確物質(zhì)的制備原理為解答此類題的關鍵，該烴為乙酸乙酯的制備知識的遷移題目，充分考查了學生靈活應用所學知識的能力．