グッドデザイン賞を受賞したウォーターサーバー >>

大学の実験で酢酸エチルの合成を行いました。
このとき酢酸エチルの収率が1桁になってしまい、平均で30~40と聞いたのでショックです。何故こんなに少なくなっているのか分かりません。一つ思い当たるのは酢酸とエタノールと硫酸の混合液を十分時間加熱して還流を行ったのですが、その際に還流菅に流す水の勢いが弱かったことです。そもそも還流とは一体なんの為に行っているのかも分からなくて。乱文ですがどなたか助けてください。

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (3件)

No.2です。

操作はわかりました。おおよそ予想通りです。
つまり、酢酸とエタノールをほぼ等モルだけ混ぜ合わせていることになります。
反応の進行に伴って、水が生じますので、それを捕捉するために硫酸を通常よりも多めに使っています。
反応後の無水炭酸カリウムは硫酸の中和と、未反応の酢酸を不揮発性の酢酸カリウムにするためです。
CaCl2は脱水剤としての意味もあるかもしれませんが、主として、未反応のエタノールを除くためです。

収率が低かった原因は、おそらく冷却管の問題だと思いますが、炭酸カリウムや塩化カルシウムなどの固形物が多いはずですので、その固体中に含まれる酢酸エチルを効率的に取り出せなかった可能性もあります。
また、硫酸が少なかったり、水分が混入して収率が低下した可能性も考えられます。
もしも、フラスコ内に液体が残っていたようでしたら、目的物の留出が完了する前に蒸留を止めてしまったとも考えられます。

逆に、未反応のエタノールをCaCl2で完全に除けなかった場合には、酢酸エチルと一緒に出てきて、不純物として、見かけ上の収率を高めてしまう可能性もあるでしょう。

現実問題として、酢酸エチルと未反応のエタノールを完全に分けることが困難であることが問題であるようにも思えます。
以上が、収率を変動させる要因になると思いますが、参考になるでしょうか?
    • good
    • 2
この回答へのお礼

大変参考になりました。本当にありがとうございました。次回からは何故この操作をするのか等操作の意味を考えて実験を行いたいと思います。

お礼日時:2005/10/31 01:56

この実験に関与する物質としては、生成物である酢酸エチルと、原料のエタノール、酢酸、硫酸ですが、沸点は硫酸>>酢酸>>エタノール>酢酸エチルの順だと思います。



したがって、還流冷却管による冷却が不十分であった場合には、目的物である酢酸エチルが真っ先に揮発してしまいます。

また、記述のようなエステル化(フィッシャーエステル化)ではアルコールを過剰量使いますが、仮に未反応のエタノールが残った場合にそれを酢酸エチルと簡単に分離できるとも思えません。

実際に使った試薬類の量的な関係はどうなっているのでしょうか。
また、反応の終結の確認法、生成物の後処理や精製法について教えて下さい。

この回答への補足

補足させてもらいます。エタノール11.7ml酢酸11.5ml濃硫酸5mlを用いました。還流が終わった(十分時間経過)後のフラスコに無水炭酸カリウムとCaCl2を加えて放置して液体だけをとりだし再び加熱しました。そして出てくる気体をリービッヒ冷却菅に通して液体として集めました。70~77度付近で出てきた気体を酢酸エチルとして別箇に集め収率を出しました。ちなみに純度を100パーセントとして求めました。以上でよろしでしょうか?分かり難いところがあればお手数ですが指摘してください。

補足日時:2005/10/31 00:42
    • good
    • 6

「加熱はしたいけど、ずっとその温度にしておいたら蒸発してしまう」、そんなときに活躍するのが還流管です。



酢酸とエタノールから酢酸エチルを合成する場合、還流管をつけずに実験を行うと、原料の酢酸やエタノールも、生成した酢酸エチルも、フラスコの口から蒸発していってしまいます。
還流管は、そういった蒸気を冷やしてやることで液体にして、フラスコに戻してやる役目を持っています。

ですので、akitakenさんが考えた通り、還流管への水供給が充分でないと、中の水が徐々に温まって冷却・液化の能力が低くなり、結果的に收率を下げる一因になります。


また、他の要因としては、
・反応後の抽出で、分離が不充分だった
・エステル化は平衡反応(→原料から生成物ができる反応と、生成物が原料に戻る反応とが同時に起きる)のため、反応後の処理時に手間取って分解が進んでしまった
といったことが考えられます。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

迅速かつ丁寧な回答ありがとうございます。やはり還流の失敗が大きかったんですね・・・。反応の処理時というのは無水炭酸カリウムやCaCl2等の脱水剤を加えた時でよろしいでしょうか?その時に水が十分に取れていなかったので逆反応が進んでしまったんでしょうか?重ね重ねの質問ですいません。。

お礼日時:2005/10/30 20:57

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q酢酸エチルの合成 ぜひ教えてください

硫酸を触媒として酢酸とエタノールから酢酸エチルを合成する実験で、濃硫酸、炭酸ナトリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、粒状塩化カルシウムを入れるのですが、この4つの役割はなんでしょうか?なぜいれるのでしょうか?
勉強してるのですが資料が少なく検討もつきません。
ぜひ教えてください。

Aベストアンサー

酢酸エチルの合成の反応式はわかりますか?

CH3COOH + CH3CH2OH ←→ CH3COOCH2CH3 + H2
O

見にくくてすみません。
←→ は、平衡反応という意味です。


この反応は、平衡反応なので
酢酸とエタノールが反応して酢酸エチルになる反応と、
酢酸エチルと水が反応して酢酸とエタノールができる

という2つの反応が同時に起こります。

ですからたくさん酢酸エチルを作ろうと思うと、何らかの方法で酢酸エチルが水と反応するのを防いで元に戻るのを(酢酸エチルが、酢酸とエタノールになるのを)止めてやる必要があります。

濃硫酸は反応の触媒と脱水、塩化カルシウムも脱水のために加えられていて反応系から水を取り除くのに使われています。

塩化カルシウムは、乾燥剤として食品の保存などさまざまなところで使われていますよ。

Q酢酸エチルの精製で。。。

酢酸エチルの合成と精製の実験をやりました。酢酸エチルを合成した後、蒸留によって酢酸エチルと未反応のエチルアルコールを未反応の酢酸、硫酸、水から留出しました。留出液には、酢酸エチルと未反応のエチルアルコールのほかに少量の酢酸が含まれているので、留出液に炭酸ナトリウム飽和水溶液を加えてから分液ロートに入れました。
(1)授業で使った実験のプリントに「留出液には硫酸は含まれない」と書いてあったのですが、本当ですか?
(2)分液ロートの水層の水は、どこから来た水ですか?炭酸ナトリウム飽和水溶液の水と酢酸との中和によってできた水ですか?
(3)授業で使った実験プリントには、「エチルアルコールは水溶性なので、ほとんどのエチルアルコールは水に溶解し、分液ロート中で水層 (下層)に移動して、酢酸エチル(上層)と分離する」と書いてあるのですが、得られた上層液には、「水と少量のエチルアルコールも含まれる」とも書いてあります。水は水層を分液ロートから出した時にわずかに残ってしまったかもしれない水ですか?エチルアルコールは水に溶けきらなかったエチルアルコールですか?
(4)この後、得られた上層液中の水分を取り除くために、無水塩化カルシウムを加えてよく振り、沸騰石を入れて、再び蒸留します。実験のプリントには「これにより得られた最終留出物にはエチルアルコールと水は含まれていないはずである。」と書いてあります。エチルアルコールはどこへ行ったのですか?エチルアルコールと先に加えた炭酸ナトリウム飽和水溶液は何か関係はありますか?

酢酸エチルの合成と精製の実験をやりました。酢酸エチルを合成した後、蒸留によって酢酸エチルと未反応のエチルアルコールを未反応の酢酸、硫酸、水から留出しました。留出液には、酢酸エチルと未反応のエチルアルコールのほかに少量の酢酸が含まれているので、留出液に炭酸ナトリウム飽和水溶液を加えてから分液ロートに入れました。
(1)授業で使った実験のプリントに「留出液には硫酸は含まれない」と書いてあったのですが、本当ですか?
(2)分液ロートの水層の水は、どこから来た水ですか?炭酸ナトリウム飽...続きを読む

Aベストアンサー

(2)に関する補足です。
細かいことを述べるならば、水とエタノールは共沸しますので、ご質問の条件による蒸留で完全に分離することはできません。
なお、水層の量が増えたということに関しては、上記の原因ではなく、流出液に含まれていた酢酸やエタノールなどが水層に溶け込んだために量が増えたということでしょう。酢酸エチルもわずかながら水に溶けますしね。つまり、体積が増えた分は、主として酢酸やエタノールによるものでしょう。

Q酢酸エチルの合成での収率について

エタノール20.0mlと酢酸20.0mlから酢酸エチルを作って、酢酸エチルの実際の収量が13.0グラムでした。理論収量を計算すると15.3グラムとなり収率が85.0パーセントになってしまいました。
エタノール、酢酸において、20×(それぞれの比重)をして質量をもとめ、質量÷分子量をしてそれぞれの物質量を求め、少ない方の物質量を用いて、平衡の式(平衡定数K=4)にいれて酢酸エチルの物質量を求めました。
収率の計算においてまちっがているところやアドバイスなどおしえてください。
エタノール、酢酸の比重をそれぞれ0.793,1.049としました。

Aベストアンサー

「理論」収量を計算するときは、平衡定数を勘案しないことが多いように思いますので、酢酸エチルの理論収量を約29gとする方が多いように思います。

Q酢酸エチルの合成

無水酢酸とエタノールによる酢酸エチルの合成の実験で、無水炭酸カリウム、無水塩かカルシウムを加えるのは脱水反応の触媒にするためですか?

Aベストアンサー

この反応では水は生じませんので脱水剤ではありません。
炭酸水素カリウムは反応によって生じる酢酸を中和するためのものです。また、反応を進みやすくする役割もあるでしょう。

塩化カルシウムの意味として考えられるのは、未反応のままで残ったエタノールを固体として除くためでしょう。すなわち、カルシウムの化合物はアルコールと反応して、錯体のように(この辺りが曖昧ですが)なるということです。

ここで用いているエタノールの量は無水酢酸の量と比較して同程度ですよね?もしも、何倍もの量のエタノールが使われているのでしたら、塩化カルシウムの役割がわからなくなってしまいます。また、理屈からすれば、塩化カルシウムは最後に加えているはずですがいかがでしょうか。

上記のとおりでしたら、反応後、蒸留や濾過によって酢酸エチルが取り出せるはずです。しかし、もしもエタノールが大過剰であれば、エタノールが酢酸エチルに混入することになります。

Q酢酸エチル合成 アルカリ洗浄等について

こんにちは。
先日酢酸エチルの合成実験を行いました。
問題の実験操作は以下のとおりです。

「濃硫酸とエタノールの混液に氷酢酸とエタノールを滴下して得られた流出液に20%の炭酸ナトリウムを加えてよく振り混ぜアルカリ洗浄をおこなったあと、分液ロートにうつし水層を捨てる。引き続き50%塩化カルシウム水溶液10mlを加えてよく振り混ぜ下層を捨てる。」

この操作から、

1、アルカリ洗浄や塩化カルシウム水溶液による洗浄の目的を化学反応
  式を用いてどう解説すればよいか。
2、塩化カルシウム水溶液による洗浄を行わないと蒸留の際に
  どのような現象が起こるか?

ということを考えているのですがわかりません。
よければお力貸してください。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

>20%の炭酸ナトリウムを加えてよく振り混ぜアルカリ洗浄をおこなった…
1.#1のお答え通り、触媒として加えた硫酸及び反応で残った酢酸を中和して、以降の酢酸エチル精製を容易にするために行います。
H2SO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O
2CH3CO2H+ Na2CO3 → 2NaCO2CH3 + CO2↑ + H2O
これにより硫酸、酢酸のほとんどが除かれます。
さらに塩化カルシウムを加えて振ると、微量のSO4^(2-)やCO3^(2-)が除かれます。
SO4(2-) + CaCl → CaSO4↓ + 2Cl-
CO3(2-) + CaCl → CaCO3↓ + 2Cl-

2.塩化カルシウムの濃厚溶液で「塩析」することにより、有機層の水分を水層に、水層の酢酸エチルを有機層に移動させます。
これをやらない場合、アルカリ性の水分があるため、アルカリ触媒の酢酸エチル加水分解(酢酸とエタノールに戻る)が起きる可能性が一つ。
水と酢酸エチルが共沸して、酢酸エチルに水が混ざって留出する可能性がもう一つの可能性として考えられます。
なお酢酸エチルには固体の無水塩化カルシウムを入れてはいけません。膨潤反応してしまいます。

>20%の炭酸ナトリウムを加えてよく振り混ぜアルカリ洗浄をおこなった…
1.#1のお答え通り、触媒として加えた硫酸及び反応で残った酢酸を中和して、以降の酢酸エチル精製を容易にするために行います。
H2SO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O
2CH3CO2H+ Na2CO3 → 2NaCO2CH3 + CO2↑ + H2O
これにより硫酸、酢酸のほとんどが除かれます。
さらに塩化カルシウムを加えて振ると、微量のSO4^(2-)やCO3^(2-)が除かれます。
SO4(2-) + CaCl → CaSO4↓ + 2Cl-
...続きを読む

Q濃硫酸とエタノールの発熱はなぜ?

濃硫酸とエタノールを混ぜるとなぜ発熱するんでしょうか?そのメカニズムを教えてくださいm(__)m

Aベストアンサー

No.2の補足です。
たとえば、水に硫酸を溶かすと硫酸が電離して、HSO4^-やSO4^2-になるというのを聞いたことがありますよね。
こうなることによって、H3O+(H+と書くこともありますが同じものと考えて下さい)を生じて、これが酸性の元になっています。

つまり、酸性というのはH3O+が多いという意味であり、これは硫酸が水にH+を与えることによって生じたものです。
すなわち、硫酸は水にH+を与えやすいと言えます。

それならばエタノールはどうかといえば、化学的には水のHの片方がエチル基(C2H5)で置き換わったものですので、乱暴な言い方をすれば、半分は水の性質を残しています。
つまり、エタノールのOH基は水と同じように硫酸からH+を受け取りやすい性質があるのです。
したがって、水の場合と同様にH+を受けとって安定化し、熱を発生するというわけです。

Qエタノールと塩化カルシウム

エタノールと塩化カルシウム2水塩はよく混ざると聞いた事があります。つまり、その時何らかの化学反応が起きているのでしょうか?
教えて下さい。 

Aベストアンサー

塩化カルシウムとアルコールの組み合わせでは、単純に溶けているわけではありません。すなわち、付加化合物(分子化合物)を作って溶解してしまうということです。
したがって、食塩が水に解けるのとは事情が違います。
こういった理由で、アルコールの乾燥に塩化カルシウムは使われません。

適当な参考URLが見つからなかったのですが、少しだけ書かれているものを見つけましたので、気休め程度にあげておきます。
丁寧に検索すれば見つかるのではないかとは思いますが・・・

参考URL:http://www.uranus.dti.ne.jp/~yuugeki/bon_3_1_4.html

Q無水硫酸ナトリウムによる脱水

 有機溶媒に無水硫酸ナトリウムを加え脱水すえう方法について質問があります。
 500mlの溶媒に対して無水硫酸ナトリウムを加えた後、何時間ぐらいで脱水は終わるのでしょうか?
 また、どうやって脱水が終わったことを確認するのでしょうか?
 どなたか分かる方よろしくお願いしますm(_ _)m

Aベストアンサー

硫酸ナトリウムは、脱水容量が大きいけれど、脱水速度が遅いとされています。

これまでの経験では、乾燥は一昼夜とか、昼休み中、あるいは乾燥中、器具の洗い物をするとかで、時間は掛けてました。少なくとも(加える量にもよりますが)、30分から1時間は掛けたら安心ですね。

ついでに他の乾燥剤の特徴も書いておきます。

CaCl2:アルコール、ケトン、アミン、フェノールは不可
MgSO4:やや酸性 (MgSO4・7H2O)
CaSO4:脱水速度速い、容量小さい (CaSO4・1/2H2O)
Na2SO4:脱水速度遅い、容量大きい (Na2SO4・10H2O)

終点は確認しませんね!

Q酢酸エチルの合成について

(1)300ml丸底フラスコにエタノール50mlと氷酢酸50ml入れる。次に水浴で冷やしながら、濃硫酸5mlを少しずつ加えて、振り混ぜる。

(2)還流装置を組み立て、100℃の水浴中で1時間反応させる。反応終了後、装置をはずし反応液を室温まで冷却する。

(3)反応液を分液ロートに移し、これに塩化ナトリウム10gを水50mlに溶かした溶液を加えて振り、静置後、二層に分離したら、下層をビーカーに受けて除去する。                                            (4)残った分液ロート内のエステル層に、炭酸ナトリウム15gを水60mlに溶かした溶液を少しずつ加えて振り、静置後、二層に分離したら、下層もビーカーに受けて除去する。                                       (5)分液ロート内のエステル層を三角フラスコに移し、重さを測定し、塩化カルシウムを加えて放置する。

と言う風に実験をやったのですが、僕の収量が46gで、理論収量が75gなんですが、残りの29gの不足した原因がわかりません。どうか教えてください。

 

(1)300ml丸底フラスコにエタノール50mlと氷酢酸50ml入れる。次に水浴で冷やしながら、濃硫酸5mlを少しずつ加えて、振り混ぜる。

(2)還流装置を組み立て、100℃の水浴中で1時間反応させる。反応終了後、装置をはずし反応液を室温まで冷却する。

(3)反応液を分液ロートに移し、これに塩化ナトリウム10gを水50mlに溶かした溶液を加えて振り、静置後、二層に分離したら、下層をビーカーに受けて除去する。                                    ...続きを読む

Aベストアンサー

実験操作にミスがないと仮定すると、
未反応部分で分離時に廃棄されてしまう部分、
および分配平衡で若干回収できない部分がありますので、
収率は100%にはならないと考えていいです。
また塩化カルシウムによる乾燥時にこれを入れすぎると、
酢酸エチルが塩化カルシウムに吸着されてしまうことがあります。
逆に塩化カルシウムを少ししか入れなければ、
収率が100%を超えることも珍しくありません。

実験操作のどこでロスがあったか実験ノートを見ながら再考してみるといいかも知れません。

Q酢酸エチルの合成について

酢酸エチルの合成について

酢酸エチルの合成で、フラスコにエタノール、酢酸、濃硫酸、沸石を入れて水浴内で加熱還流しました。

その後、分留作業により酢酸エチルと濃硫酸、酢酸をわけました。しかし、分留が終わるとフラスコ内の溶液が薄く黄褐色になっていました。

自分の考えだと、フラスコ内には濃硫酸と酢酸しか残っていないと思うのですが、なぜ色がついたかわかりません。誰かの話では、色がつかないほうがいいと聞いたのですが、もしかしたら分留できずに残った酢酸エチルが反応に関係したのかもしれません。

同じような経験がある方、これ知っているぞという方、お願いします。わかる範囲でいいので教えてください。非常に困っています。


ちなみに、酢酸11.4ml、エタノール11.7ml、濃硫酸3.5mlです。

Aベストアンサー

専門用語で「焦げる」と言われる現象ではないでしょうか?
濃硫酸には脱水作用、酸化作用がありますが、加熱をするとそれが強くなります。
黄褐色の成分は酢酸やエタノールが脱水されてできた物質です。分子式などは
特定しにくいです。細かい遊離炭素なども含まれると思います。

もう少し低温で加熱時間を短くすると色がつかなくなるか、
薄くなります。