Question

实验室制备甲基丙烯酸甲酯的反应装置如图所示，有关信息如下：

+CH₃OH+H₂O

已知甲基丙烯酸甲酯受热易聚合；甲基丙烯酸甲酯在盐溶液中溶解度较小；CaCl₂可与醇结合形成复合物。

实验步骤：

①向100mL烧瓶中依次加入：15mL甲基丙烯酸、2粒沸石、10mL无水甲醇、适量的浓硫酸；

②在分水器中预先加入水，使水面略低于分水器的支管口，通入冷凝水，缓慢加热烧瓶。在反应过程中，通过分水器下部的旋塞分出生成的水，保持分水器中水层液面的高度不变，使油层尽量回到圆底烧瓶中；

③当____，停止加热；

④冷却后用试剂X洗涤烧瓶中的混合溶液并分离；

⑤取有机层混合液蒸馏，得到较纯净的甲基丙烯酸甲酯。

请回答下列问题：

（1）A装置的名称是__。

（2）请将步骤③填完整__。

（3）上述实验可能生成的副产物结构简式为__(填两种)。

（4）下列说法正确的是___(填字母代号)。

A.在该实验中，浓硫酸是催化剂和脱水剂

B.酯化反应中若生成的酯的密度比水大，不能用分水器提高反应物的转化率

C.洗涤剂X是一组试剂，产物要依次用饱和Na₂CO₃、饱和CaCl₂溶液洗涤

D.为了提高蒸馏速度，最后一步蒸馏可采用减压蒸馏；该步骤一定不能用常压蒸馏

（5）实验结束收集分水器分离出的水，并测得质量为2.70g，计算甲基丙烯酸甲酯的产率约为__(结果保留一位小数)。实验中甲基丙烯酸甲酯的实际产率总是小于此计算值，可能其原因不是__(填字母代号)。

A.分水器收集的水里含甲基丙烯酸甲酯

B.实验条件下发生副反应

C.产品精制时收集部分低沸点物质

D.产品在洗涤、蒸发过程中有损失.

Answer

球形冷凝管 当分水器中液面不再变化 CH3OCH3、 BD 85.2% C

【解析】

(1)根据装置图中A的结构和形状判断；

(2)根据步骤②描述操作要保持分水器中水层液面的高度不变，分析步骤③的操作；

(3)上述实验可能发生的副反应为甲基丙烯酸甲酯受热易聚合，甲醇分子间脱水，甲基丙烯酸聚合；

(4) A．在该实验中，发生酯化反应，酯化反应中，浓硫酸是催化剂和吸水剂；

B．酯化反应中若生成的酯的密度比水大，会导致水流入圆底烧瓶；

C．用试剂X洗涤产品，需要洗去表面羧酸及甲醇，且应降低酯的溶解度，结合乙酸乙酯的洗涤解答；

D．根据已知信息，甲基丙烯酸甲酯受热易聚合；

(5)计算甲基丙烯酸、甲醇的质量，进行过量计算，根据不足量的物质计算产品的理论产量，根据生成水的质量计算产品实际产量，进而计算产率；产率=，分析实际操作中对实际产量的影响分析。

(1)由仪器的结构特征，可知装置A为球形冷凝管；

(2)根据步骤②描述操作要保持分水器中水层液面的高度不变，因此步骤③的操作为：当分水器中液面不再变化，停止加热；

(3)上述实验可能发生的副反应为甲基丙烯酸甲酯受热易聚合生成，甲醇之间在浓硫酸催化剂作用下可以发生分子间脱水反应生成甲醚，可能产生的副产物有CH3OCH3、；

(4) A．在该实验中，发生酯化反应，酯化反应中，浓硫酸是催化剂和吸水剂，故A错误；

B．酯化反应中若生成的酯的密度比水大，则酯会沉在分水器中的水下，会导致水从分水器中流入圆底烧瓶，不能提高反应物的转化率，故B正确；

C．用试剂X洗涤产品，需要洗去表面羧酸及甲醇，且应降低酯的溶解度，根据题干已知信息分析可得，产物要依次用饱和Na2CO3除去甲基丙烯酸、饱和NaCl溶液洗洗去甲基丙烯酸甲酯中溶解的Na2CO3、饱和CaCl2溶液吸收甲醇和水，故C错误；

D．根据已知信息，为了提高蒸馏速度，防止甲基丙烯酸甲酯受热易聚合，最后一步蒸馏可采用减压蒸馏，该步骤一定不能用常压蒸馏，故D正确；

答案选BD。

(5)甲基丙烯酸、15mL甲基丙烯酸的质量为15mL×1.01g/mL=15.15g，10mL无水甲醇的质量为10mL×0.79g/mL=7.9g，甲醇完全反应需要甲基丙烯酸的质量为×86g/mol=21.23g>15.15g，故甲醇过量，则理论生成甲基丙烯酸甲酯的质量为×100g/mol，测得生成水的质量为2.70g，则实际得到甲基丙烯酸甲酯的质量为×100g/mol=15g，故产率为×100%=85.2%；

A．分水器收集的水里含甲酯，产品的质量偏小，产率偏低，故A不符合题意；

B．实验条件下发生副反应，会导致产品质量偏小，产率偏低，故B不符合题意；

C．产品精制时收集部分低沸点物质，会导致产品质量偏大，产率偏大，故C符合题意；

D．产品在洗涤、蒸发过程中有损失，会导致产品质量偏小，产率偏低，故D不符合题意；

答案选C。