Question

苯甲酸是一種化工原料，常用作制藥和染料的中間體，也用于制取增塑劑和香料等．實驗室合成苯甲酸的原理、有關(guān)數(shù)據(jù)及裝置示意圖如下：
反應(yīng)過程：
反應(yīng)試劑、產(chǎn)物的物理常數(shù)：

名稱	性狀	熔點 （℃）	沸點 （℃）	密度 （g/mL）	溶解度（g）
					水	乙醇
甲苯	無色液體易燃易揮發(fā)	-95	110.6	0.8669	不溶	互溶
苯甲酸	白色片狀或針狀晶體	122.4[1]	248	1.2659	微溶[2]	易溶

注釋：[1]100℃左右開始升華．
[2]苯甲酸在100g水中的溶解度為：4℃，0.18g；18℃，0.27g；75℃，2.2g．
按下列合成步驟回答問題：
Ⅰ．苯甲酸制備：
按如圖在250mL三頸燒瓶中放入2.7mL甲苯和100mL水，控制100℃機械攪拌溶液，在石棉網(wǎng)上加熱至沸騰．從冷凝管上口分批加入8.5g高錳酸鉀（加完后用少量水沖洗冷凝管內(nèi)壁），繼續(xù)攪拌約需4～5h，靜置發(fā)現(xiàn)不再出現(xiàn)

 

現(xiàn)象時，停止反應(yīng)．裝置a的作用是

 

．
寫出并配平該反應(yīng)化學(xué)方程式：1+

 

KMnO₄→1+

 

 MnO₂↓+1H₂O+

 

Ⅱ．分離提純：
（1）除雜．將反應(yīng)混合物加入一定量亞硫酸氫鈉溶液使紫色褪去，此時反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（2）趁熱過濾、熱水洗滌．趁熱過濾目的是

 

．
（3）苯甲酸生成．合并實驗（2）濾液和洗滌液，放在冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化，至苯甲酸全部析出．將析出的苯甲酸減壓過濾，得到濾液A和沉淀物B．沉淀物B用少量冷水洗滌，擠壓去水分，把制得的苯甲酸放在水浴上干燥，得到粗產(chǎn)品C．
（4）粗產(chǎn)品提純．將粗產(chǎn)品C進一步提純，可用下列

 

操作（填字母）．
A．萃取分液          B．重結(jié)晶         C．蒸餾         D．升華
Ⅲ．產(chǎn)品純度測定：
稱取1.220g產(chǎn)品，配成100mL乙醇溶液，移取25.00mL溶液于錐形瓶，滴加2～3滴

 

（填寫“甲基橙”或“酚酞”），然后用0.1000mol?L^-1 KOH溶液滴定，到達滴定終點時消耗KOH溶液24.00mL．產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：I．（1）甲苯不溶于水會分層，反應(yīng)生成的苯甲酸鉀易溶于水；裝置a能冷凝回流蒸汽；甲苯與高錳酸鉀反應(yīng)生成苯甲酸鉀、二氧化錳、水和氫氧化鉀，根據(jù)元素守恒配平方程式；
II．（1）亞硫酸氫鈉均有還原性，能還原高錳酸鉀；
（2）過濾除去難溶性的二氧化錳，趁熱過濾可以防止苯甲酸鉀結(jié)晶析出；
（4）苯甲酸中的雜質(zhì)為氯化鉀，根據(jù)二者物理性質(zhì)的差別分析；
III．苯甲酸與氫氧化鉀反應(yīng)生成苯甲酸鉀，苯甲酸鉀水解顯堿性，應(yīng)該用酚酞作指示劑；根據(jù)氫氧化鉀的物質(zhì)的量求出苯甲酸的物質(zhì)的量，再求出質(zhì)量和質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：I．（1）甲苯不溶于水會分層，反應(yīng)生成的苯甲酸鉀易溶于水，所以反應(yīng)后的混合溶液不再分層，說明甲苯完全反應(yīng)；裝置a能冷凝回流水蒸汽、甲苯蒸汽，防止甲苯的揮發(fā)而降低產(chǎn)品產(chǎn)率；甲苯與高錳酸鉀反應(yīng)生成苯甲酸鉀、二氧化錳、水和氫氧化鉀，反應(yīng)方程式為：+2KMnO₄

加熱

+2MnO₂↓+H₂O+KOH；
故答案為：分層；將甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的揮發(fā)而降低產(chǎn)品產(chǎn)率；2；2；1KOH；
II．（1）亞硫酸氫鈉均有還原性，能還原高錳酸鉀生成二氧化錳、硫酸鉀和水，其反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
故答案為：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
（2）反應(yīng)后的混合物中含有二氧化錳固體，過濾除去難溶性的二氧化錳，苯甲酸鉀的溶解度隨著溫度的降低而減小，所以趁熱過濾可以防止苯甲酸鉀結(jié)晶析出；
故答案為：除去二氧化錳并防止苯甲酸鉀結(jié)晶析出造成損失；
（4）苯甲酸中的雜質(zhì)為氯化鉀，苯甲酸易升華，KCl的熔沸點很高，不升華，所以提純含有氯化鉀的苯甲酸可以采用升華的方法；苯甲酸在水中的溶解度受溫度影響較大，可以采用重結(jié)晶的方法提純苯甲酸；
故答案為：BD；
III．苯甲酸與氫氧化鉀反應(yīng)生成苯甲酸鉀，苯甲酸鉀水解顯堿性，應(yīng)該用在堿性條件下變色的指示劑，所以選用酚酞作指示劑；
n（KOH）=cV=0.1000mol?L^-1 ×0.024L=0.0024mol，苯甲酸與氫氧化鉀等物質(zhì)的量恰好反應(yīng)，則n（苯甲酸）=0.0024mol，
則其總質(zhì)量為0.0024mol×122g/mol×

100ml

25ml

=1.1712g，所以產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分數(shù)為

1.1712g

1.22g

×100%=96.00%，
故答案為：酚酞；96.00%．

點評：本題考查了苯甲酸的制備實驗方案設(shè)計，側(cè)重于制備實驗操作、物質(zhì)的分離提純、離子方程式的書寫、數(shù)據(jù)的處理和計算、滴定原理的應(yīng)用等知識點的考查，清楚制備的原理是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．