苯甲醇和苯甲酸的制备预习报告及思考题.doc

苯甲醇和苯甲酸的制备
一． 实验目的
1. 学习由苯甲醛制备苯甲醇和苯甲酸的原理和方法
2. 巩固机械搅拌器的使用
3. 进一步掌握萃取、洗涤、蒸馏、干燥和重结晶等基本操作
4. 学会低沸点溶剂的处理

二． 实验原理
无α-H的醛在浓碱溶液作用下发生歧化反应，一分子醛被氧化成羧酸，另一分子醛则被还原成醇，此反应称坎尼扎罗反应。本实验采用苯甲醛在浓氢氧化钠溶液中发生坎尼扎罗反应，制备苯甲醇和苯甲酸。反应物加水溶解后，用乙醚加以萃取，乙醚层经洗涤、干燥、蒸馏，得到苯甲醇；水层经酸化得到苯甲酸。反应式如下： 

苯甲醛如果长时间放置，会被空气氧化，因此存在以下的副反应：

三． 实验准备
1. 主要试剂及仪器
1） 试剂
苯甲醛 10 mL  （0.10 mol），氢氧化钠 8g (0.2mol)，浓盐酸，乙醚，饱和亚硫酸氢钠溶液，10％碳酸钠溶液，无水硫酸镁。

2） 仪器
100mL 圆底烧瓶，球形冷凝管，分液漏斗，直形冷凝管，蒸馏头， 温度计套管，温度计（250℃），支管接引管，锥形瓶，空心塞，量筒，烧杯，布氏漏斗，吸滤瓶，表面皿，红外灯，机械搅拌器。

2. 主要物料物理常数

化合物
分子量
比重（d）
熔点（℃）
沸点（℃）
折光率（n)
溶解度
水
乙醇
乙醚
苯甲醛
105.12
1.046
-26
179.1
1.5456
0.3
溶
溶
苯甲醇
108.13
1.0419
-15.3
205.3
1.5392
417
∞ 
∞ 
苯甲酸
122.12
1.2659
122
249
1.501
微溶
溶
溶

四． 实验装置及操作要点
制备苯甲醇和苯甲酸采用回流搅拌装置，实验装置如图1所示。乙醚沸点低，要注意安全。蒸馏低沸点液体的装置如图2所示。
图1.制备苯甲醇和苯甲酸的反应装置

图2.蒸乙醚的装置图

【干燥操作要点】
1. 干燥剂不是越多越好
2. 干燥操作在干燥的带有塞子的锥形瓶中进行。加入干燥剂后，加塞旋摇，放置一段时间，根据干燥情况补加。
3. 干燥彻底，液体透明澄清，干燥剂棱角分明、不粘结一团、不粘在瓶壁上。

【蒸馏乙醚的操作要点】
1. 在实验室使用或者蒸馏乙醚时，实验台附近严禁有明火。因为乙醚容易挥发，且易燃烧，与空气混合到一定比例时极易发生爆炸。
2. 蒸乙醚时可在接引管支管上连接一长橡皮管通入水槽的下水管内或引入室外。
3. 接收器用冷水浴冷却。

【重结晶操作要点】
1.粗品溶解至饱和（缓慢加热至沸，沸石不要忘记加）
2.脱色（停止加热，稍冷，加半勺活性炭，煮沸5分钟）
3.热过滤（布氏漏斗和抽滤瓶事先预热）
4.冷却结晶
5.抽滤洗涤（滤液如有活性炭，重新加热过滤）

五． 实验步骤及注意事项
苯甲醇的制备
1. 在250mL三口烧瓶上安装机械搅拌及回流冷凝管，另一口塞住，如图1。
2. 加入8g氢氧化钠和30mL水，搅拌溶解。稍冷，加入10 mL新蒸过的苯甲醛。
【为避免岐化反应过快产生大量热量，造成温度过高增加氧化副反应，故将苯甲醛分批加入】
3.开启搅拌器，调整转速，使搅拌平稳进行。加热回流约40 min。液体透明澄清。
4.停止加热，从球形冷凝管上口缓缓加入冷水20mL，摇动均匀，冷却至室温。
5.反应物冷却至室温后，倒入分液漏斗，用乙醚萃取三次，每次10mL。水层保留待用（含苯甲酸钠盐）。
【每次萃取震荡时间不能过长，每震荡2~3次，就要进行放气一次，如此重复2~3次即可。避免漏斗内产生大量乙醚气体而喷出】
6. 合并三次乙醚萃取液，依次用5 mL饱和亚硫酸氢钠洗涤，10mL 10%碳酸钠溶液洗涤，10 mL水洗涤。
【饱和亚硫酸钠洗去未反应的苯甲醛，碳酸钠洗去醚层中少量的苯甲酸，用水洗去多余的亚硫酸氢钠和碳酸钠，洗涤时不能长时间震荡，避免下层的水中溶解过多的乙醚而降低亚硫酸钠在水中溶解度】
7. 分出醚层，倒入干燥的锥形瓶，加无水硫酸镁干燥，注意锥形瓶上要加塞。
【锥形瓶事先干燥，干燥前液体可能呈现浑浊，干燥后澄清透明】
【不能用无水氯化钙代替无水硫酸镁，乙醚溶液中含有的苯甲醇物质会与氯化钙形成络合物而影响产率】
【一定要干燥完再蒸馏，否则残留的水分会与产品形成低沸点共沸物，从而增加前馏分的量而影响产物产率】
【干燥的操作要点】
8. 如图2安装好低沸点液体的蒸馏装置，缓缓加热蒸出乙醚，乙醚沸点34.6℃左右（回收）。
【蒸馏乙醚的操作要点】
9. 升高温度蒸馏，当温度升到140℃时改用空气冷凝管，收集198℃～204℃的馏分，即为苯甲醇，量体积，回收，计算产率。
【留意沸点178~180℃时有无馏分蒸出，若有应该为未反应的苯甲醛原料，之前未洗净】
【纯苯甲醇有苦杏仁的无色透明液体】

苯甲酸的制备
10.保留的水层慢慢地加入到盛有30 mL浓盐酸和30 mL水的混合物中，同时用玻璃棒搅拌，析出白色固体。
11.冷却，抽滤，得到粗苯甲酸。
12.粗苯甲酸用水作溶剂重结晶，需加活性炭脱色。产品在红外灯下干燥后称重，回收，计算产率。
【重结晶的操作要点】
【纯苯甲酸为白色片状或针状晶体】

六． 实验流程
安装装置

加入8g氢氧化钠，30ml水
搅拌溶解

直至液体透明澄清
稍冷，加新蒸的苯甲醛10ml
搅拌，回流40min

停止加热，冷凝管口加冷水20ml
搅拌，冷却至室温

水层（下层）

分液漏斗，乙醚萃取三次，10ml 加入30ml浓盐酸和30ml水的混合物中
洗掉未反应的醛
玻璃棒搅拌
析出白色固体
油层（上层）

5ml饱和亚硫酸氢钠洗涤
洗掉苯甲酸
冷却、抽滤

10ml10%碳酸钠溶液洗涤
粗苯甲酸
分出醚层

重结晶(活性炭脱色）
倒入干燥锥形瓶，无水硫酸钠干燥

干燥 称重 回收 计算产率
低沸点蒸馏装置，蒸出乙醚
苯甲酸
升温蒸馏

140℃改用空气冷凝管
收集198~204℃的馏分

量体积，回收，计算产率

苯甲醇

七． 理论产量计算

m苯甲醇=108.13×0.05=5.4065g

m苯甲酸=122.12×0.05=6.106g

八． 思考题
1. 试比较Cannizzaro反应与羟醛缩合反应在醛的结构上有何不同。
羟醛缩合要有α-H，而Cannizzaro反应不能有α-H

2. 本实验中两种产物是根据什么原理分离提纯的？用饱和亚硫酸氢钠及10％碳酸钠溶液洗涤的目的是什么？
首先用萃取的原理：苯甲醇和苯甲酸钠在乙醚中的溶解度不同，以乙醚为萃取剂，将苯甲醇萃取至乙醚层中，从而使两者分离。再分别处理醚层和水层，利用蒸馏和重结晶，分离得到较纯净的两种产物。
饱和的亚硫酸氢钠用于洗掉未反应的醛。
10％碳酸钠溶液用于洗掉苯甲酸。

3. 乙醚萃取后剩余的水溶液，用浓盐酸酸化到中性是否最恰当？为什么？ 
不是。因为酸化的目的是要使苯甲酸盐全部转化成苯甲酸并析出完全。盐酸酸化到刚好中性时苯甲酸盐只是部分形成了苯甲酸。盐酸应当适当过量，加入浓盐酸酸化过程中缓慢加入并充分搅拌，目视观察，开始有结晶析出时说明酸化到中性，此时应该继续加酸直到结晶不再继续产生为止。

4. 为什么要用新蒸过的苯甲醛？长期放置的苯甲醛含有什么杂质？如不除去，对本实验有何影响？
苯甲醛易被空气氧化，保存时间较长的苯甲醛已氧化成苯甲酸，不除去会使苯甲醇的产量相对减少。

5. 蒸馏时为什么当温度达到140℃时要换上空气冷凝管？
苯甲醇的沸点为150℃，当被蒸馏物的沸点超过140℃后就需要使用空气冷凝管，如果用水冷凝管的话会因为内外管的温差过大而导致冷凝管的炸裂。