柳 娜，賀新福，杜榮軍，章結(jié)兵，馮愛紅

（1.西安科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054）

1 實驗方法

1.1 實驗藥品與儀器

藥品：無水乙醇（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；冰醋酸（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；乙酸乙酯（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；甲酸乙酯（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；SiO2（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；偏鎢酸銨（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：磁力攪拌器（西安大幅實驗儀器有限公司）；帶磁力攪拌的油?。ㄎ靼泊蠓鶎嶒瀮x器有限公司）；GC112A型氣相色譜（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 實驗?zāi)康?/h3>

（1）掌握負載型催化劑的制備、活性評價方法。

（2）理解乙酸乙酯合成原理。

（3）掌握氣相色譜的原理及使用方法

1.3 實驗方法

1.3.1 負載型催化劑WO3／Al2O3的制備

催化劑的制備采用濕法浸漬：分別稱取1g載體γ－Al2O3放入4個100mL小燒杯中，然后在上述4個燒杯中按鎢（W）含量（質(zhì)量分數(shù)）為5%、10%、15%、20%加入一定量的偏鎢酸銨；再加入15mL蒸餾水在室溫下攪拌5h，然后將4個小燒杯放入120℃烘箱中干燥8h，將干燥的后的樣品取出，放入馬弗爐中在500℃下焙燒6h。

1.3.2 乙酸乙酯合成

其詩題有《鄉(xiāng)人或病予詩多道蜀中遨樂之盛，適春日游鏡湖，共請賦山陰風(fēng)物，遂即杯酒間作四絕句，卻當持以夸西州故人也》。

將30mL無水乙醇和30mL冰醋酸以及制備好的不同負載量的 WO3／Al2O3催化劑0.5g放入250 mL的三口燒瓶中，裝上回流冷凝管以及溫度計，剩下的口用橡膠塞塞住，反應(yīng)溫度控制在100℃，100℃反應(yīng)1h停止，冷卻后取上層液體10mL于試管中保存。

1.3.3 產(chǎn)物檢測

反應(yīng)體系中產(chǎn)物含量采用氣相色譜檢測，檢測器TCD，填充柱GDX－101，進樣器溫度200℃，柱箱溫度150℃，載氣（N2氣）流量25mL／min，采用內(nèi)標法進行標定［9］。取反應(yīng)完成的樣品1mL以及內(nèi)標物甲酸乙酯0.5mL，用乙醇為溶劑溶解在10mL的容量瓶中，用微量注射器吸取容量瓶中溶液并注射進色譜進樣口中，每次進樣量為2μL，記錄下乙酸乙酯及甲酸乙酯的峰面積。各物質(zhì)在本氣相色譜檢測器TCD上的相對質(zhì)量響應(yīng)因子［10］：f（乙酸）＝0.86，f（乙酸乙酯）＝1.01，f（甲酸乙酯）＝0.94。

1.3.4 乙酸乙酯產(chǎn)率η計算

式中：V為總體積，V＝60mL；A（乙酸乙酯）為乙酸乙酯相對峰面積；ρ（甲酸乙酯）為甲酸乙酯的密度（g／mL）；M （乙 酸 乙 酯 ）為 乙 酸 乙 酯 的 摩 爾 質(zhì) 量（g／mol）；A（甲酸乙酯）為甲酸乙酯相對峰面積；ρ（乙酸）為乙酸的密度（g／mL）；V（乙酸）為乙酸體積，V（乙酸）＝30mL；M（乙酸）為乙酸的摩爾質(zhì)量（g／mol）。

2 實驗結(jié)果及分析

圖1和表1為典型的反應(yīng)物產(chǎn)物氣相色譜分析圖和分析結(jié)果，按出峰順序，除了第1個峰是雜質(zhì)峰外，從第2個峰開始分別是乙醇、甲酸乙酯、乙酸、乙酸乙酯。將色譜圖上相對峰面積代入上述計算公式可以求得乙酸乙酯產(chǎn)率，其數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表2。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，隨著W含量w（W）從5%增加到15%。乙酸乙酯的產(chǎn)率逐漸增加，但是當 W的含量達到20%時，乙酸乙酯的產(chǎn)率反而減少。

圖1 產(chǎn)物氣相色譜譜圖

表1 分析結(jié)果表

表2 不同WO3／Al2O3催化劑上乙酸乙酯合成反應(yīng)性能

3 需要思考或討論的問題

在該綜合實驗中，需要學(xué)生思考及討論的問題有：

（1）在常壓100℃下，乙酸乙酯的平衡產(chǎn)率為多少？自己的實驗結(jié)果距離平衡有多遠？

（2）乙酸乙酯合成反應(yīng)一般使用哪些催化劑，優(yōu)缺點是什么？

（3）氣相色譜檢測的基本原理及何為內(nèi)標法？

（4）乙酸轉(zhuǎn)化率的推導(dǎo)公式？

（5）影響乙酸乙酯產(chǎn)率的因素，為何鎢的含量并不完全是和乙酸乙酯產(chǎn)率成正比？

4 教學(xué)實踐討論

本實驗是將經(jīng)典的有機合成實驗和催化劑制備評價相結(jié)合的綜合性實驗，在該實驗中涉及乙酸乙酯合成原理、催化劑的制備、性能評價方法、氣相色譜的基本原理及操作方法多重知識和技能的綜合應(yīng)用。學(xué)生通過實驗，可以把學(xué)到的有機化學(xué)（乙酸乙酯合成）、工業(yè)催化［11］、儀器分析［12］及實驗技能有機地結(jié)合在一起，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有很大的幫助。

本實驗以小組（每組4人）方式，并對過去的實驗教學(xué)模式（教師或?qū)嶒灱夹g(shù)人員將實驗裝置儀器事先準備好并詳細講解實驗?zāi)康?、原理、操作步驟等）進行了改革。在實驗前就先將題目下發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生通過對書籍、中國期刊網(wǎng)上的資料收集與實驗有關(guān)的文獻信息，設(shè)計實驗方案，每個小組對自己的實驗方案進行講解、討論，通過對比確定最終的實驗方案和計劃。這種實驗方式可以大大提高學(xué)生的積極性和主動性，并且可以讓學(xué)生了解一些科研方面的基本過程，為將來做畢業(yè)設(shè)計打基礎(chǔ)。

在該實驗中并沒有用有機化學(xué)實驗中蒸餾的方法來確定乙酸乙酯的產(chǎn)率，而是采用氣相色譜來檢測。氣相色譜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究等領(lǐng)域，但在實驗教學(xué)中，該儀器的應(yīng)用還未普及，通過綜合實驗可以使學(xué)生提早接觸熟悉該儀器的功能和操作，為后續(xù)的學(xué)習(xí)及工作打下基礎(chǔ)。

（References）

［1］曾昭瓊，曾和平.有機化學(xué)實驗［M］.3版.北京：高等教育出版社，2005.

［2］鄧謙，彭振山，蔡鐵軍，等.雜多化合物膜在乙酸乙酯合成中的催化性能［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2003，15（2）：241－243.

［3］王延吉，趙新強，苑保國，等.沸石型超強酸催化劑上乙酸乙酯合成反應(yīng)研究［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，26（1）：99－104.

［4］馬培華，周開志，姚祖銘，等.活性炭固載硫酸催化合成乙酸乙酯和環(huán)己稀［J］.實驗技術(shù)與管理，2007，24（2）：44－46.

［5］張新位，鄭維能，王陸瑤，等.微波輻射法合成乙酸乙酯實驗研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26（2）：40－42.

［6］馬培華，周開志，施輝毅，等.瓜環(huán)硫酸鹽催化合成乙酸乙酯［J］實驗室研究與探索，2007，26（5），24－26.

［7］董彩霞，孟志芬，祝勇，等.對乙酸乙酯的合成進行探究式教學(xué)的嘗試［J］.實驗技術(shù)與管理，2005，22（9）：92－93.

［8］刁開盛，鄧之舜，韋啟鋒.實驗室制備乙酸乙酯的改進［J］.廣西民族學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，12（1）：55－58.

［9］顧惠祥，閻寶石.氣相色譜實用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

［10］王宇成，最新色譜分析檢測方法及應(yīng)用技術(shù)實用手冊［M］.長春：吉林省出版社發(fā)行集團，2008.

［11］黃仲濤，耿建銘.工業(yè)催化［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［12］朱明華，胡坪.儀器分析［M］.4版.北京：高等教育出版社，2008.