2018-2019版高中化學 專題七 物質(zhì)的制備與合成 課題二 阿司匹林的合成習題 蘇教版選修6.doc

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課題二　阿司匹林的合成 (時間：45分鐘) 1．苯亞甲基苯乙酮俗稱查爾酮，淡黃色棱狀晶體，熔點58 ℃，沸點208 ℃(3.3 kPa)易溶于醚、氯仿和苯，微溶于醇。制備原理如下： (1)制備過程中，需在攪拌下滴加苯甲醛，并控制滴加速度使反應溫度維持在25～30 ℃，說明該反應是________(填“放熱”或“吸熱”)反應。如溫度過高時，則可以采取________________________措施。 (2)產(chǎn)品結(jié)晶前，可以加入幾粒成品的查爾酮，其作用是 ______________________________________________________________。 (3)結(jié)晶完全后，需抽濾收集產(chǎn)物。抽濾裝置所包含的儀器除減壓系統(tǒng)外還有________________、________________(填儀器名稱)。 (4)獲得的深色粗產(chǎn)品加入活性炭，以95%乙醇重結(jié)晶。加入活性炭的作用是________________________________________________________________ _____________________________________________________________。 解析　(1)反應放熱，需要控制滴液速度，且在攪拌散熱下進行。冰水可以降溫，使反應速率減慢。(2)提供晶種，可以加速結(jié)晶。(3)抽濾裝置中包含吸濾瓶、布氏漏斗。(4)活性炭具有吸附性，從而可以脫色。 答案　(1)放熱　冰水浴冷卻　(2)提供晶種，加速結(jié)晶　(3)吸濾瓶 　布氏漏斗　(4)吸附脫色 2．草酸二乙酯可用于苯巴比妥等藥物的中間體，實驗室以草酸(HOOC—COOH)和乙醇為原料制備草酸二乙酯的實驗步驟如下： 步驟1：在如圖所示裝置中，加入無水草酸45 g，無水乙醇81 g，苯200 mL，濃硫酸10 mL，攪拌下加熱6 870 ℃回流共沸脫水。 步驟2：待水基本蒸完后，分離出乙醇和苯。 步驟3：所得混合液冷卻后依次用水、飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，再用無水硫酸鈉干燥。 步驟4：常壓蒸餾，收集182～184 ℃的餾分，得草酸二乙酯57 g。 (1)步驟1中發(fā)生反應的化學方程式是_________________________________， 反應過程中冷凝水應從________(填“a”或“b”)端進入。 (2)步驟2操作為____________________________________________。 (3)步驟3用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌的目的是________________________。 (4)步驟4除抽氣減壓裝置外所用玻璃儀器有蒸餾燒瓶、冷凝管、接液管、錐形瓶和___________________________________________________________。 (5)本實驗中，草酸二乙酯的產(chǎn)率為______________________________。 解析　本題考查方程式的書寫和化學實驗基本操作。(1)草酸中含有2個羧基，可以與2份乙醇發(fā)生酯化反應。冷凝管中的水均為下進上出。(2)乙醇和苯為兩種互溶的有機物，應用蒸餾法分離。(3)NaHCO3可以除去酸性物質(zhì)。(4)蒸餾中需要用酒精燈加熱，要用溫度計指示餾分溫度。(5)45 g無水草酸為0.5 mol，81 g無水乙醇為1.76 mol，兩者反應時，無水乙醇過量，以草酸計算，理論上可生成草酸二乙酯為0.5 mol，質(zhì)量為0.5 mol146 g/mol＝73 g，所以產(chǎn)率為100%＝78%。 答案　(1) (2)蒸餾　(3)除去草酸、硫酸等酸性物質(zhì)　(4)溫度計、酒精燈　(5)78% 3．甲苯氧化法制備苯甲酸的反應原理如下： 實驗時將一定量的甲苯和KMnO4溶液置于圖1裝置中，在100 ℃時， 反應一段時間，再停止反應，并按如下流程分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯。 (1)實驗室中實現(xiàn)操作Ⅰ所需的玻璃儀器有________、燒杯；操作Ⅱ的名稱為________。 (2)如果濾液呈紫色，要先加亞硫酸氫鉀，然后再加入濃鹽酸酸化，若無此操作會出現(xiàn)的危害是____________________________________________ _________________________________________________________。 (3)在操作Ⅲ中，抽濾前需快速冷卻溶液，其原因是____________________； 如圖2所示抽濾完畢，應先斷開_____________________________________之間的橡皮管。 (4)純度測定：稱取1.220 g產(chǎn)品，配成100 mL溶液，取其中25.00 mL溶液，進行滴定 ，消耗KOH物質(zhì)的量為2.410－3 mol。產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分數(shù)為________。 答案　(1)分液漏斗　蒸餾　(2)過量的高錳酸鉀氧化鹽酸，產(chǎn)生氯氣　(3)得到較大的苯甲酸晶粒，便于抽濾　抽氣泵和安全瓶　(4)96% 4．3－丁酮酸乙酯在有機合成中用途極廣，廣泛用于藥物合成，還用作食品的著香劑。其相對分子質(zhì)量為130，常溫下為無色液體，沸點181 ℃，受熱溫度超過95 ℃攝氏度時就會分解；易溶于水，與乙醇、乙酸乙酯等有機試劑以任意比混溶；實驗室可用以乙酸乙酯和金屬鈉為原料制備。乙酸乙酯相對分子質(zhì)量為88，常溫下為無色易揮發(fā)液體，微溶于水，沸點77 ℃。 【反應原理】 【實驗裝置】 【實驗步驟】 1．加熱反應：向反應裝置中加入32 mL(28.5 g，0.32 mol)乙酸乙酯、少量無水乙醇、1.6 g(0.07 mol)切細的金屬鈉，微熱回流1.5～3小時，直至金屬鈉消失。 2．產(chǎn)物后處理：冷卻至室溫，卸下冷凝管，將燒瓶浸在冷水浴中，在搖動下緩慢的加入32 mL 30%醋酸水溶液，使反應液分層。用分液漏斗分離出酯層。酯層用5%碳酸鈉溶液洗滌，有機層放入干燥的錐形瓶中，加入無水碳酸鉀至液體澄清。 3．蒸出未反應的乙酸乙酯：將反應液在常壓下蒸餾至100 ℃。然后改用減壓蒸餾，得到產(chǎn)品2.0 g。 回答下列問題： (1)從反應原理看，無水乙醇的作用是___________________________。 (2)反應裝置中加干燥管是為了______________。兩個裝置中冷凝管的作用________(填“相同”或“不相同”)，冷卻水進水口分別為________和________(填圖中的字母)。 (3)產(chǎn)物后處理中，滴加稀醋酸的目的是____________________，稀醋酸不能加多了，原因是__________________________________________________。用分液漏斗分離出酯層的操作叫__________。碳酸鈉溶液洗滌的目的是________________________。加碳酸鉀的目的是_______________________。 (4)采用減壓蒸餾的原因是__________________。 (5)本實驗所得到的3－丁酮酸乙酯產(chǎn)率是__________________(填正確答案標號)。 A．10% B．22% C．19% D．40% 解析　(1)由題給反應，無水乙醇與Na反應生成CH3CH2ONa，與乙酸乙酯反應又生成乙醇，可知無水乙醇作催化劑。(2)干燥管的作用是防止空氣中的水蒸氣進入，保證反應體系干燥。反應裝置中的冷凝管是因為乙酸乙酯易揮發(fā)，冷凝乙酸乙酯，使反應充分。減壓蒸餾裝置中的冷凝管是冷凝產(chǎn)品。冷卻水均為下進上出。(3)由題給反應2可知加入乙酸，中和鈉鹽生成產(chǎn)品。由于產(chǎn)品易溶于水，稀醋酸加多了，會有部分產(chǎn)品溶解。Na2CO3溶液洗滌類似于乙酸乙酯制備中的作用，中和乙酸。制得產(chǎn)品中加入無水碳酸鉀的目的是吸水干燥。(5)乙酸乙酯0.32 mol，鈉 0.07 mol，鈉不足，理論生成3－丁酮酸乙酯 0.03 mol，即0.07 mol130 g/mol＝9.1 g，產(chǎn)率為：100%＝22%。 答案　(1)催化劑 (2)防濕氣進入反應體系中以保證反應體系干燥　不相同　b　d (3)中和生成的鈉鹽，使之變成產(chǎn)物　酸多了會增加產(chǎn)物在水中的溶解度　分液　中和醋酸　干燥 (4)3－丁酮酸乙酯沸點高，在沸點溫度下還易分解　(5)B 5．對硝基苯甲酸在醫(yī)藥、感光材料等工業(yè)中應用廣泛。以對硝基甲苯等為原料制取對硝基苯甲酸(黃色結(jié)晶，熔點242 ℃，沸點約359 ℃，微溶于水，能升華。)的反應原理為： 某小組以對硝基甲苯等物質(zhì)為原料制取對硝基苯甲酸的實驗裝置如圖所示(加熱和儀器固定裝置均已略去)，實驗步驟如下： 步驟1：向250 mL三頸燒瓶中依次加入適量的對硝基甲苯、重鉻酸鈉粉末、水，并充分混合。在攪拌下，用滴液漏斗滴入適量濃硫酸后，加熱0.5 h至反應液呈黑色。 步驟2：待反應混合物冷卻后，和適量冰水充分混合，抽濾并用50 mL水分兩次洗滌。將洗滌后的固體放入盛有適量5%硫酸溶液中，水浴加熱10 min，冷卻后抽濾。 步驟3：將抽濾后的固體溶于適量5% NaOH溶液中，50 ℃溫熱后抽濾，在濾液中加入少量活性炭，煮沸后趁熱抽濾。將得到的濾液慢慢加入到盛有適量15%硫酸溶液的燒杯中，析出黃色沉淀，抽濾，冷水洗滌，干燥得粗產(chǎn)品。 (1)在步驟1中“攪拌”是用電動攪拌器完成的，這樣操作的好處有________、________。 (2)在三頸燒瓶中，隨著濃硫酸的加入，反應溫度迅速上升，為使反應溫度不致過高，必要時可采取的措施是________。 (3)在步驟2中，抽濾所得固體的主要成分是________。抽濾裝置所包含的儀器除減壓系統(tǒng)外，還有________、________(填儀器名稱)。 (4)步驟3用NaOH溶液進行處理的作用主要是________。用NaOH溶液處理后，需50 ℃溫熱后抽濾的原因是________。 (5)制得的粗產(chǎn)品需要進一步精制(純化)，根據(jù)對硝基苯甲酸的有關(guān)性質(zhì)可知，對其進行精制(純化)可以用乙醇溶液完成，也可以采用________法完成。 解析　(1)攪拌的目的是為了混合均勻；增大接觸面積，加快反應速率；可以散熱，避免反應物局部過熱等。(2)降溫可以用冰水冷卻。(3)由題給信息可知 對硝基苯甲酸微溶于水，抽濾得對硝基苯甲酸。(4)加NaOH使對硝基苯甲酸反應而溶解，使Cr3＋生成沉淀而除去。抽濾是除去Cr(OH)3，防止對硝基苯甲酸鈉析出。(5)由題給信息“對硝基苯甲酸能升華”可以采用升華法。 答案　(1)使反應物迅速混合均勻；可以避免反應物局部過熱、過濃而導致副反應發(fā)生；能夠縮短反應時間和提高產(chǎn)率(任答兩點。其他合理答案均可。) (2)用冰水冷卻(其他合理答案均可。) (3)對硝基苯甲酸　吸濾瓶、布氏漏斗 (4)(進一步)除去雜質(zhì)鉻鹽[生成Cr(OH)3沉淀](其他合理答案均可。) 若溫度過低，對硝基苯甲酸鈉會析出而被濾出 (5)升華(合理答案均可。) 6．阿司匹林可由水楊酸與乙酸酐作用制得。其制備原理如下： 乙酰水楊酸的鈉鹽易溶于水。阿司匹林可按如下步驟制取和純化： 步驟1：在干燥的50 mL圓底燒瓶中加入2 g水楊酸、5 mL乙酸酐和5滴濃硫酸，振蕩使水楊酸全部溶解。 步驟2：按圖所示裝置裝配好儀器，通入冷凝水，在水浴上加熱回流5～10 min，控制水浴溫度在85～90 ℃。 步驟3：反應結(jié)束后，取下反應瓶，冷卻，再放入冰水中冷卻、結(jié)晶、抽濾、冷水洗滌2～3次，繼續(xù)抽濾得粗產(chǎn)物。 步驟4：將粗產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至150 mL燒杯中，在攪拌下加入25 mL飽和碳酸氫鈉溶液，充分攪拌，然后過濾。 步驟5：將濾液倒入10 mL 4 molL－1鹽酸溶液，攪拌，將燒杯置于冰浴中冷卻，使結(jié)晶完全。抽濾，再用冷水洗滌2～3次。 (1)步驟1中濃硫酸的作用可能是________。 (2)步驟2中，冷凝管通水，水應從________口進(填“a”或“b”)。 (3)步驟3抽濾時，有時濾紙會穿孔，避免濾紙穿孔的措施是___________________________________________________________。 (4)步驟4發(fā)生的主要反應的化學方程式為__________________________；過濾得到的固體為________。 (5) 取幾粒步驟5獲得的晶體加入盛有5 mL水的試管中，加入1～2滴1%三氯化鐵溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變紫色，可采用________方法，進一步純化晶體。 解析　(1)由制備原理可以看出，濃硫酸的作用是在該反應中作為催化劑。(2)冷凝水的流向是“下進上出”，故從b管進水，a管出水。(3)避免濾紙穿孔的措施是減小真空度或者加一層(或多層)濾紙。 (4)根據(jù)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特點可知是羧基(—COOH)與NaHCO3發(fā)生反應；粗產(chǎn)品中還有發(fā)生副反應得到的聚水楊酸。 (5)發(fā)現(xiàn)溶液變紫，說明晶體中存在水楊酸，故仍需(用適當溶劑)重結(jié)晶，進一步純化晶體。 答案　(1)催化劑　(2)b　(3)減小真空度或者加一層(或多層)濾紙 (4) 　聚水楊酸　(5)(用適當溶劑)重結(jié)晶