乙酸乙酯的制备与折光率测定方法

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乙酸乙酯又称醋酸乙酯，低毒性，有甜味，浓度较高时有刺激性气味，易挥发，是一种用途广泛的精细化工产品。结构式如下：

乙酸乙酯具有优异的溶解性、快干性，用途广泛，是一种重要的有机化工原料和工业溶剂。乙酸乙酯对空气敏感，吸收水分缓慢水解而呈酸性。乙酸乙酯溶于水（体积比10%）；能与氯仿、乙醇、丙酮和乙醚混溶；能溶解某些金属盐类（如氯化锂、氯化钴、氯化锌、氯化铁等）。

折光率是有机化合物最重要的物理常数之一，它能精确而方便地测定出来。作为液体物质纯度的标准，它比沸点更为可靠。折光率也用于确定液体混合物的组成。

光线自一种透明介质进入另一透明介质时，由于其在两种介质中的传播速度不同，在两种介质的平滑界面上发生折射。折光率（Refractive index）是指光线在空气中进行的速度与在供试品中进行速度的比值。

安全提示

（1）实训过程中防止触电。

（2）按照操作规程搭建装置。

（3）浓硫酸为高腐蚀性物质，操作时必须注意安全。若不慎溅到浓硫酸，应马上用干抹布擦掉表面的浓硫酸，然后用大量冷水冲洗，最后涂上5%碳酸氢钠清洁。

（4）使用乙醇安全须知：

① 乙醇为低沸点、易燃烧的物质，操作时必须注意安全。

② 乙醇的蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

③ 与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。

④ 如乙醇引起火灾，最好的方式是用干粉、二氧化碳以及砂土进行覆盖。

⑤ 误食酒精，饮用足够的温水进行催吐。

（5）在测定折光率的实验中会使用到丙酮。使用丙酮注意：

① 吸入后可能会引起头痛、头晕、醉感、嗜睡、支气管炎、恶心和呕吐。

② 丙酮在常温压下为具有特殊芳香气味的易挥发性、无色、透明液体。易燃烧，其蒸气与空气能形成爆炸性混合物，遇明火或高热易引起燃烧。

任务一　乙酸乙酯的制备

一、实训目的

（1）掌握酯化反应的原理和乙酸乙酯的制备方法。

（2）学习回流、蒸馏、洗涤和过滤等有机合成操作。

二、实训原理

在少量酸（H2SO4 或 HCl）催化下，羧酸和醇反应生成酯，这一反应叫作酯化反应（Esterification）。乙酸乙酯的合成方法很多，例如：可由乙酸或其衍生物与乙醇反应制取，也可由乙酸钠与卤乙烷反应来合成等。其中最常用的方法是在酸催化下由乙酸和乙醇直接酯化。常用浓硫酸、氯化氢、对甲苯磺酸或强酸性阳离子交换树脂等做催化剂。若用浓硫酸做催化剂。其反应为：

酯化反应为可逆反应，为了提高酯的产率，本实验采用加入过量乙醇及不断把反应中生成的酯和水蒸馏出的方法，促进平衡向生成酯的方向移动。实验中，必须控制好反应温度，若温度过高，会产生大量的副产物乙醚。因增加酸或醇的浓度，或除去生成的水，都可增加酯的含量。

三、实训用品及准备

1.实训仪器

表6-17　乙酸乙酯的制备实训仪器

续表

2.实训试剂

表6-18　乙酸乙酯的制备实训试剂

四、实训内容

（1）在125 mL 干燥的三口烧瓶中，加入10 mL 无水乙醇，然后小心地分批次加入5 mL浓硫酸，混匀，并放入两三粒沸石，按图6-2 安装反应装置，温度计水银球浸入液面离烧瓶底0.5～1 cm 处，中间口装配分馏柱、蒸馏头、温度计及直形冷凝管，末端连接接液管。

（2）恒压滴液漏斗装10 mL 无水乙醇和12 mL 冰醋酸混合液。

（3）用电热套缓慢加热，使三口瓶中反应温度升至110～120 °C。此时应有溜出液从接液管流出，在从滴液漏斗慢慢加入混合液。滴加速度和馏出速度大致相等，维持反应温度110～120 °C，约30 min 滴加完毕，继续加热蒸馏数分钟，直至不再有液体馏出。

（4）在馏出液中加入10 mL 饱和碳酸钠溶液，小心震荡，将溶液转入分液漏斗中，静置分出下层水溶液。有机层一次用12 mL 饱和食盐水、10 mL 饱和氯化钙、10 mL 饱和食盐水溶液洗涤。放出下层废液，从分液漏斗上口将乙酸乙酯转入干燥的锥形瓶中，加入1～2 g 无水硫酸钠，加盖间歇震荡，干燥30 min。将干燥后的粗乙酸乙酯滤入50 mL圆底烧瓶中，装配普通蒸馏装置，用水浴加热蒸馏，收集73～78 °C 馏分，称量，计算产率。

图6-2　装置安装图

理论值计算：乙酸体积已知，用乙酸体积乘以密度得到乙酸质量，再用n=m/M 求出乙酸的物质的量，也为乙酸乙酯物质的量，因此可求出乙酸乙酯的质量 m=n×M，即乙酸乙酯的理论产量。产率的计算公式是：

五、数据记录与处理

表6-19　乙酸乙酯的制备数据记录

六、注意事项

（1）控制浓硫酸滴加的速度不能太快，因硫酸加入过快会使温度迅速上升，超过乙醇的沸点，局部放出大量的热量而引起爆沸。

（2）加料滴管和温度计必须插入反应混合液中，加料滴管的下端离瓶底约5 mm 为宜。

（3）加浓硫酸时，必须慢慢加入并充分振荡烧瓶，使其与乙醇均匀混合，以免在加热时因局部酸过浓引起有机物碳化等副反应。

（4）向圆底烧瓶加入试剂时加完一定要盖上盖子，以免挥发。

（5）加热时要加入沸石，以免暴沸。

（6）温度不宜过高，否则会增加副产物的含量。

（7）当酯层用碳酸钠洗过后，若紧接着就用氯化钙溶液洗涤，有可能产生絮状的碳酸钙沉淀，使进一步分离变得困难，故在这两步操作之间必须水洗一下。

七、实训评估

表6-20　乙酸乙酯的制备实训评估

八、拓展练习

（1）酯化反应有什么特点？在实验中如何创造条件促使酯化反应尽量向生成物方向进行？(www.xing528.com)

（2）蒸出的乙酸乙酯中主要有哪些杂质？如何除去？

（3）影响折光率测定的因素有哪些？

（4）实验中用饱和食盐水洗涤，是否可用水代替？

（5）为什么温度计水银球必须浸入液面以下？

（6）为什么调节滴加的速率（每分钟30 滴左右）？

（7）为什么使用饱和CaCl2 溶液洗涤酯层？

任务二　折光率的测定

一、实训目的

（1）掌握液体折光率的原理。

（2）掌握阿贝折光仪的使用方法。

（3）检测任务一中制备好的乙酸乙酯的纯度。

二、实训原理

光线从一种透明介质进入另一种透明介质时，由于两种介质的密度不同，光传播的速度不同，传播的方向也发生改变，这种现象称为折射现象（图6-3）。有公式：

图6-3　光的折射

若介质Ⅰ为真空，则定其N=1，于是：

同一物质的折光率随测定时温度的不同而改变，一般规律是温度升高，折光率减小，在同一波长下，大约温度每升高1 °C，折光率就减小0.000 35～0.000 55（最高可达0.000 70），为了便于计算，通常采用0.000 40。计算公式：

折射仪的基本原理即为折射定律：n1、n2 为交界面两侧的两种介质的折射率。若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射达到90°，此时的入射角称为临界角。本仪器测定折射率是基于测定临界角的原理。

在实际测量折射率时，我们使用的入射光不是单色光，而是使用由多种单色光组成的普通白光，因不同波长的光的折射率不同而产生色散，在目镜中看到一条彩色的光带，而没有清晰的明暗分界线。为此，在阿贝折射仪中安置了一套消色散棱镜（又叫补偿棱镜）（图6-4）。通过调节消色散棱镜，使测量棱镜出来的色散光线消失，明暗分界线清晰，此时测得的液体的折射率相当于用单色光钠光D 线所测得的折射率nD。

本实验将检测同学们在任务一中制备好的乙酸乙酯的折光率，因为检测折光率是一种纯度检查方法，所以，该实验的目的就是检测乙酸乙酯的纯度。

图6-4　阿贝折射仪外形

1—反射镜；2—转轴；3—遮光板；4—温度计；5—进光棱镜座；6—色散调节手轮；7—色散值刻度圈；8—目镜；9—盖板；10—手轮；11—折射棱镜座；12—照明刻度盘聚光镜；13—温度计座；14—底座；15—折射率刻度调节手轮；16—微调螺钉；17—壳体；18—四只恒温器接头

三、实训用品及准备

1.实训仪器

表6-21　折光率的测定实训仪器

阿贝折光仪有两种：单筒折光仪和双筒折光仪。本实验室用的多为单筒折光仪（图6-5）。

图6-5　单筒折光仪

2.实训试剂

表6-22　折光率的测定实训试剂

四、实训内容

（1）仪器安装：将阿贝折射仪安放在光亮处，但应避免阳光的直接照射，以免液体试样受热迅速蒸发。用超级恒温槽将恒温水通入棱镜夹套内，检查棱镜上温度计的读数是否符合要求[一般选用（20.0±0.1） °C 或（25.0±0.1） °C]

（2）加样：旋开测量棱镜和辅助棱镜的闭合旋钮，使辅助棱镜的磨砂斜面处于水平位置，若棱镜表面不清洁，可滴加少量丙酮，用擦镜纸顺单一方向轻擦镜面（不可来回擦）。待镜面洗净干燥后，用滴管滴加数滴任务一中制备好的乙酸乙酯于辅助棱镜的毛镜面上，迅速合上辅助棱镜，旋紧闭合旋钮。因液体易挥发，动作要迅速，或先将两棱镜闭合，然后用滴管从加液孔中注入试样（注意切勿将滴管折断在孔内）。

（3）调光：转动镜筒使之垂直，调节反射镜使入射光进入棱镜，同时调节目镜的焦距，使目镜中十字线清晰明亮。调节消色散补偿器使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋，使明暗的界面恰好同十字线交叉处重合（图6-6）。

图6-6　阿贝折射仪的调光

（4）读数：从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的阿贝折射仪可读至小数点后第四位。为了使读数准确，一般应重复测量3 次，每次相差不能超过0.0002，然后取平均值。

五、数据记录与处理

表6-23　乙酸乙酯的折光率测定数据记录

六、注意事项

阿贝折射仪是一种精密的光学仪器，使用时应注意以下几点：

（1）使用时要注意保护棱镜，清洗时只能用擦镜纸而不能用滤纸等。加试样时不能将滴管口触及镜面。对于酸碱等腐蚀性液体不得使用阿贝折射仪。

（2）每次测定时，试样不可加得太多，一般只需加2～3 滴即可。

（3）要注意保持仪器清洁，保护刻度盘。每次实验完毕，要在镜面加几滴丙酮，并用擦镜纸擦干。最后用两层擦镜纸夹在两棱镜镜面之间，以免镜面损坏。

（4）读数时，有时在目镜中观察不到清晰的明暗分界线，而是畸形的，这是由于棱镜间未充满液体；若出现弧形光环，则可能是由于光线未经过棱镜而直接照射到聚光透镜上。

（5）若待测试样折射率不在1.3～1.7 内，则阿贝折射仪不能测定，也看不到明暗分界线。

七、实训评估

表6-24　折光率的测定实训评估

八、拓展练习

（1）简述如何校正阿贝折光仪的误差。

（2）测定液体有机化合物折光率的意义是什么？