Question

2．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、副產(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三頸瓶中放入2.7mL，甲苯和100mL水，控制100℃機(jī)械攪拌溶液，在石棉網(wǎng)上加熱至沸騰．
分批加入8.5g高錳酸鉀，繼續(xù)攪拌約需4～5h，靜置發(fā)現(xiàn)不再出現(xiàn)分層現(xiàn)象時，停止反應(yīng)．裝置a的作用是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．
寫出并配平該反應(yīng)化學(xué)方程式：
+2KMnO₄ $\stackrel{△}{→}$+2 MnO₂↓+H₂O+1KOH
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充分反應(yīng)，此時反應(yīng)離子方程式為：OH^-+HSO₃^-=SO₃^2-+H₂O、2MnO₄^-+3SO₃^2-+H₂O=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2OH^-．還可用乙二酸或者乙二酸鈉有機(jī)化合物代替亞硫酸氫鈉（填寫名稱）．
（2）過濾洗滌．其目的是除去二氧化錳并回收二氧化錳表面附著的產(chǎn)品．
（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沸水浴上干燥，得到粗產(chǎn)品C．
（4）粗產(chǎn)品提純．將粗產(chǎn)品C進(jìn)一步提純，可用下列BD操作（填入正確選項前的字母）．
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滴酚酞；（填寫“甲基橙”或“酚酞”）．然后用標(biāo)準(zhǔn)濃度KOH溶液滴定，消耗KOH溶質(zhì)的物質(zhì)的量為2.40×10^-3mol．產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算表達(dá)式為$\frac{2.40×1{0}^{-3}×122×4}{1.22}$，計算結(jié)果為96.00%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

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?jǐn)?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$\stackrel{加熱}{→}$+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：OH^-+HSO₃^-=SO₃^2-+H₂O、2MnO₄^-+3SO₃^2-+H₂O=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2OH^-，亞硫酸氫鈉具有還原性，可以用乙二酸或者乙二酸鈉代替，
故答案為：OH^-+HSO₃^-=SO₃^2-+H₂O、2MnO₄^-+3SO₃^2-+H₂O=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2OH^-；乙二酸或者乙二酸鈉；
（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，
故答案為：除去二氧化錳并回收二氧化錳表面附著的產(chǎn)品；
（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×$\frac{100ml}{25ml}$=1.1712g，所以產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.40×1{0}^{-3}×122×4}{1.22}$=$\frac{1.1712g}{1.22g}$×100%=96.00%，
故答案為：酚酞；$\frac{2.40×1{0}^{-3}×122×4}{1.22}$；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．