化學(xué)實(shí)驗(yàn)報告——乙酸乙酯的合成

1、乙酸乙酯的合成實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、通過乙酸乙酯的制備，加深對酯化反應(yīng)的理解；2、了解提高可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的實(shí)驗(yàn)方法；3、熟練蒸儲、回流、干燥、氣相色譜、液態(tài)樣品折光率測定等技術(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理本實(shí)驗(yàn)用乙酸與乙醇在少量濃硫酸催化下反應(yīng)生成乙酸乙酯:CH3COOHCH3CH2OH 律攀為 CH3COOC2H5 H2O副反應(yīng):2CH3CH2OHH2SO4CH3CH2OCH2CH3H2O由于酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，達(dá)到平衡時只有2/3的物料轉(zhuǎn)變?yōu)轷ァ榱颂岣啧サ漠a(chǎn)率，通常都讓某一原料過量，或采用不斷將反應(yīng)產(chǎn)物酯或水蒸出等措施，使平衡不斷向右移動。因?yàn)橐掖急阋恕⒁椎茫?本實(shí)驗(yàn)中乙醇過量。但在工業(yè)生產(chǎn)中一般使乙酸

2、過量，以便使乙醇轉(zhuǎn)化完全，避免由于乙醇和水及乙酸 乙酯形成二元或三元共沸物給分離帶來困難，而乙酸通過洗滌、分液很容易除去。由于反應(yīng)中有水生成，而水和過量的乙醇均可與乙酸乙酯形成共沸物，如表一表示。這些共沸物的 沸點(diǎn)都很低，不超過 72 C,較乙醇的沸點(diǎn)和乙酸的沸點(diǎn)都低，因此很容易被蒸儲出來。蒸出的粗微液 可用洗滌、分液除去溶于其中的乙酸、乙醇等，然后用干燥劑去除共沸物中的水分，再進(jìn)行精儲便可以 得到純的乙酸乙酯產(chǎn)品。表一、乙酸乙酯共沸物的組成與沸點(diǎn)沸點(diǎn)/ c組成、乙酸乙酯乙醇水70.282.68.49.070.491.98.171.869.031.0主要物料及產(chǎn)物的物理常數(shù)表二、主要物料及產(chǎn)物

3、的物理常數(shù)名稱相對分子質(zhì)里性狀相對密度熔點(diǎn)/ c沸點(diǎn)/ c溶解度g/（100g 水）g/（100g 乙乙醇46.07無色酒味透明液體0.79-114.178.3OO酉學(xué)）OO乙酸60.052無色酸味透明液體1.0516.6117.9OOOO乙酸乙酯88.10無色果香味透明液體0.90-83.677.2微溶OO濃硫酸98.08無色無味油狀液體1.84一高沸點(diǎn)OO一4、 主要儀器設(shè)備儀器 100mL三口燒瓶；滴液漏斗；蒸儲彎頭；溫度計；直形冷凝管； 250mL分液漏斗；50mL錐形瓶3 個；25mL梨形燒瓶；蒸儲頭；阿貝（Abbe）折光儀；氣相色譜儀。試齊I 冰醋酸；無水乙酉I;濃硫酸；NaCO飽

4、和溶液；CaCl2飽和溶液；NaCl飽和溶液。5、 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象表三、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象時間操作現(xiàn)象周二：11:4011:4512:5013:0113:0115:3515:3515:3515:45在100 mL三口瓶中放入 5mL乙醇；一邊搖動，一邊慢慢地加入 5mL濃H2SQ;在滴液漏斗中（用恒壓滴液漏斗更佳）裝入剩下的20mL 乙醇和14.3mL冰醋酸的混合液，搭好裝置 （滴液漏斗 末端應(yīng)浸入液面下， 距瓶低約0.51cm,并讓溫度計的 水銀球部插入液相中）；加熱反應(yīng)瓶；裝瓶內(nèi)溫度為120c時，將滴液漏斗中混合液慢慢地滴 入反應(yīng)瓶中，調(diào)節(jié)加料速度，使和蒸出酯的速度大致 相等；加料時間約需60

5、90 min,這時保持反應(yīng)溫度為 120125C;力口完后,繼續(xù)加熱10 min直至不再有液體儲出為止；反應(yīng)完畢后，把混合液倒入分液漏斗中，將飽和Na2CO 很緩慢地加入儲出液中，直壬尢CO放出，靜置，放出卜面的水層，用pH試紙測其酸堿性，如是酸性再用飽和Na2CO洗滌，直至酯層呈中性；混合均勻，未見分層；有酒味和刺鼻的酸味；114 C;120 C；加液完成；有少量氣泡放出，液體分層；最舟-次分液，水層為弱堿性；時間操作現(xiàn)象用等體積飽和NaCl洗滌，放出下層廢液；用等體積飽和CaCl2溶液洗滌兩次，放出下層廢液；從分液漏斗上口將酯層倒入干燥的錐形瓶中，加無水液體分層；分層處出現(xiàn)少量白色絮狀物；

6、,三：12:1312:2512:4012:4512:5113:1313:1513:20MgSOT燥（酌量加入，若分液完全，加小半勺即可）；將已干燥的酯層用錐形小漏斗加一小團(tuán)棉花過濾，轉(zhuǎn)入25mL梨形瓶中；加入23粒沸石，加熱蒸儲；用若干個50mL錐形瓶收集不向溫度階段（溫度上升過 程中、溫度穩(wěn)定時、溫度驟降后 ）的微分；取第二瓶（溫度穩(wěn)定在76 C的微分）在氣相色譜儀上做 純度分析；用Abbe折光儀測其折光率。開始加熱；有許多極細(xì)小的氣泡升上液面，偶有一兩個大氣泡；25 C,溫度緩慢上升；52 C,開始有前福分；60 C,梨形瓶內(nèi)液體開始沸騰；67.5 C,蒸出速度約 2.5s/d ;76 C

7、,溫度穩(wěn)定，換錐形瓶；溫度迅速卜降，換錐形瓶；停止加熱，剩余1mL以卜黃色液體；乙酸乙酯純度 99.9243%,另有一種雜質(zhì)，含量0.0757%;20 c下的折光率為 1.3727。實(shí)驗(yàn)裝置圖:P. 4+j 六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 +;由粗產(chǎn)品洗滌、蒸儲后得三瓶分儲產(chǎn)物，均為無色果香味液體，其質(zhì)量如下：J1.前微分（溫度穩(wěn)定以前 廣43.38g-35.15g（1 號錐形并S質(zhì)量）=8.13g ;j2.中微分（溫度穩(wěn)定在76c時）：39.72g-32.67g（2 號錐形并S質(zhì)量）=7.05g ;：3.后微分（溫度迅速下降后）：34.28g-31.25g（3 號錐形并S質(zhì)量）=3.08g 。J取中微

8、分在氣相色譜儀上測定純度，測得乙酸乙酯含量為 99.9243%。另有一種雜質(zhì)，含量為0.0757%,;預(yù)計為未洗凈的乙醇，因?yàn)檫^量Na2CO未洗凈，部分 CaCl2與之反應(yīng)生成了 CaCO,剩余的CaCl2不能把乙醇全部除盡。因此純度雖然較高，但仍有可以改進(jìn)之處。j在阿貝折光儀上測得室溫（20 C）下折光率為1.3727。+1 七、 思考題j 1、利用可逆反應(yīng)進(jìn)行合成時，選擇何種原料過量時，需要考慮哪幾種因素？:答：通常過量的原料必須具有以下優(yōu)點(diǎn)：相對成本較低、易得、對環(huán)境和人體的影響更小、引入的+副反應(yīng)更少、反應(yīng)完成后更容易從體系中去除或回收。裝 2、粗乙酸乙酯中含有哪些雜質(zhì)？答：未反應(yīng)完全

9、的乙醇、乙酸，酯化反應(yīng)同時生成的水，溶入的極少的硫酸等。若酯化反應(yīng)溫度控訂制不當(dāng)，高于140C,乙醇分子間脫水，會有乙醍生成；高于170C,乙醇分子內(nèi)脫水， 會生成乙烯。3、能否用濃NaOH§液代替飽和Na2CO溶液洗滌？線答：不能。酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，生成的乙酸乙酯在強(qiáng)堿作用下很容易水解成乙醇和乙酸，影響產(chǎn)率。且加入飽和 Na2CO溶液有CO放出，可以指示中和是否完成，不易加堿過量。另外Na2CO能跟揮j發(fā)出的乙酸反應(yīng)，生成沒有氣味的乙酸鈉，便于聞到乙酸乙酯的香味。:4、用飽和CaCl2溶液洗滌能除去什么？為什么要用飽和NaCl溶液洗滌？是否能用水代替？+!答：用飽和CaCl2溶液

10、洗滌是為了除去乙酸乙酯中溶入的少量乙醇。j用飽和NaCl溶液洗滌是為了除去過量的NaCO,否則在下一步用飽和CaCl2溶液洗滌時會產(chǎn)生:絮狀的CaCO沉淀。+!不能用水代替。因?yàn)橐宜嵋阴ピ谒杏幸欢ǖ娜芙舛?，加入NaCl可以減小乙酸乙酯的溶解度，：也就減少了這一步洗滌帶來的產(chǎn)物損失。另外也增加了水層的密度，分液時更容易分層，避免出現(xiàn)+乳化現(xiàn)象。+*:八、討論、心得+11、實(shí)驗(yàn)操作注意點(diǎn)i （1）反應(yīng)溫度必須控制好，太高或太低都將影響到最后的結(jié)果。太高，會增加副產(chǎn)物乙醛的生成量，甚i至生成亞硫酸；太低，反應(yīng)速率和產(chǎn)率都會降低。j （2）反應(yīng)過程中，滴加速度也要嚴(yán)格控制。速度太快，反應(yīng)溫度會迅速下

11、降，同時會使乙醇和乙酸來不j及發(fā)生反應(yīng)就被蒸出，影響產(chǎn)率。j （3）乙酸乙酯可與水或醇形成二元或三元共沸物，共沸物的形成將影響到福分的沸程。共沸物的組成及!沸點(diǎn)見表一。+i （4）滴液漏斗、分液漏斗等帶活塞的儀器在使用前都要先檢漏。:（5）濃硫酸在本反應(yīng)中起到催化、吸水的作用，故用量比較多。（6）因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中水的存在對反應(yīng)平衡有影響，所以所有儀器都必須干燥，且選取基本不含水的冰醋酸和無水乙醇反應(yīng)。2、關(guān)于乙酸乙酯乙酸乙酯在工業(yè)上的用途很廣，主要用作溶劑及染料和一些醫(yī)藥中間體的合成。雖然乙酸乙酯屬于低級酯，有果香味，少量吸入對人體無害。但它易揮發(fā)，其蒸氣對眼、鼻、 咽喉有刺激作用，高濃度吸入有麻

12、醉作用，會引起急性肺水腫，并損害肝、腎。持續(xù)大量吸入，可 致呼吸麻痹。誤服者可產(chǎn)生惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等。有致敏作用，會引發(fā)血管神經(jīng)障礙而致牙 齦出血；還可致濕疹樣皮炎。若長期接觸，有時可致角膜混濁、繼發(fā)性貧血、白細(xì)胞增多等。為了 減少對實(shí)驗(yàn)者健康的危害，相關(guān)操作都應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。乙酸乙酯是易燃物，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，爆炸 上限為11.5%,爆炸下限為2%（體積分?jǐn)?shù)）。與氧化劑接觸猛烈反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處 擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會著火回燃。因此實(shí)驗(yàn)合成的乙酸乙酯不能直接倒入水池，必須回收 處理。3、阿貝折光儀及折光率測定阿貝折光儀的結(jié)

13、構(gòu)示意圖：1 .底座；2 .棱鏡調(diào)節(jié)旋鈕；3 .圓盤組（內(nèi)有刻度板）；4 .小反光鏡；5 .支架；6 .讀數(shù)鏡筒；7 .目鏡；8 .觀察鏡筒；9 .分界線調(diào)節(jié)螺絲；10 .消色凋節(jié)旋鈕；11 .色散刻度尺；12 .棱鏡鎖緊扳手；13 .棱鏡組；14 .溫度計插座；15 .恒溫器接頭；16保護(hù)罩；17主軸；18反光鏡測定時，試樣置于測量棱鏡 P的鏡面F上，棱鏡的折光率大于試樣的折光率。如果入射光I正好沿著棱鏡與試樣的界面F射入，會發(fā)生全反射：其折射光為零，入射角90。，折射角為角1'0N',即臨界角。大于臨界角的區(qū)域構(gòu)成暗區(qū)，小于臨界角的構(gòu)成亮區(qū)?；衔锏恼酃饴食c本身的結(jié)構(gòu)和光

14、線的波長有關(guān)外，還受溫度等因素的影響。所以在報告折光率時必須注明所用光線（放在n的右下角）與測定時的溫度（放在折光率n的右上角）。例如nD0 =1.4699表示20C時，某介質(zhì)對鈉光（D線）的折光率為1.4699。物質(zhì)結(jié)構(gòu)是折光率產(chǎn)生差異的根本原因。不同的物質(zhì)有不同的立體構(gòu)象。這使得物質(zhì)對光線得吸收程 度以及反射程度產(chǎn)生差異，使得折光率產(chǎn)生根本性的差異。光。當(dāng)白光經(jīng)過棱鏡和樣液發(fā)生折射時，因各色光的波長不同，折射程度也不同，折射后分解成為多種色 光，這種現(xiàn)象稱為色散。光的色散會使視野明暗分界線不清，產(chǎn)生測定誤差。阿貝折光儀中所安裝的色散補(bǔ)償器是為了消除色散。溫度升高折射率減?。粶囟冉档驼凵渎试?/p>

15、大.一般測量溫度每增加（減少）1 C,液體有機(jī)化合物的折光率就減少（增加）3.5 M0-4 5.5 M0-4（為方便起見，一般以 4M0-4計算）。不同溫度下折光率的轉(zhuǎn)換公式：nD0 nD 4 10 4（t 20）通常，大氣壓的變化對折光率的影響并不顯著，一般只在要求較精密時才加以考慮。4、實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)及其他合成方法合成乙酸乙酯有多種方法，最傳統(tǒng)的就是以濃硫酸為催化劑，用乙醇和乙酸通過酯化反應(yīng)合成。此法中所用的濃硫酸對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，易炭化，副反應(yīng)多，產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境有污染。雖然在實(shí)驗(yàn)室 還是最常用的方法，但在工業(yè)上應(yīng)用的缺點(diǎn)已經(jīng)越來越明顯。其他研究比較多的是離子液體催化下的酯化反應(yīng)和固體酸（包括離子交換樹脂）催化下的酯化反應(yīng)。離子液體作為一種環(huán)境友好的溶劑和催化劑體系，具有零蒸汽壓、寬液程、良好的溶解性、可設(shè)計性和可循環(huán)使用等優(yōu)越的特性。尤其將離子液體應(yīng)用在酯化反應(yīng)體系已經(jīng)取得了相當(dāng)可觀的研究成果。但是一般的離子液體對水和空氣不穩(wěn)定，酯化反應(yīng)后難以分離，限制了其在化學(xué)反應(yīng)中的廣泛應(yīng)用。一般固體酸催化劑多存在著催化劑催化活性下降快，催化效率較低，產(chǎn)物分離困難，