Question

20．芳香族羧酸通常用芳香烴的氧化來(lái)制備．芳香烴的苯環(huán)比較穩(wěn)定，難于氧化，而環(huán)上的支鏈不論長(zhǎng)短，在強(qiáng)烈氧化時(shí)，最終都氧化成羧基．某同學(xué)用甲苯的氧化反應(yīng)制備苯甲酸．反應(yīng)原理：
+2KMnO₄$\stackrel{△}{→}$+KOH+2MnO₂↓+H₂O
+HCl→+KCl
反應(yīng)試劑、產(chǎn)物的物理常數(shù)：

名稱	相對(duì)分 子質(zhì)量	性狀	熔點(diǎn)	沸點(diǎn)	密度	溶解度
						水	乙醇	乙醚
甲苯	92	無(wú)色液體易燃易揮發(fā)	-95	110.6	0.8669	不溶	易溶	易溶
苯甲酸	122	白色片狀或針狀晶體	122.4	248	1.2659	微溶	易溶	易溶

主要實(shí)驗(yàn)裝置和流程如下：

實(shí)驗(yàn)方法：一定量的甲苯和KMnO₄溶液置于圖1裝置中，在90℃時(shí)，反應(yīng)一段時(shí)間，再停止反應(yīng)，按如下流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯．

（1）無(wú)色液體A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為．操作Ⅱ?yàn)檎麴s．
（2）如果濾液呈紫色，要先加亞硫酸氫鉀，然后再加入濃鹽酸酸化，加亞硫酸氫鉀的目的是除去未反應(yīng)的高錳酸鉀氧化劑，否則用鹽酸酸化時(shí)會(huì)發(fā)生鹽酸被高錳酸鉀所氧化，產(chǎn)生氯氣．
（3）下列關(guān)于儀器的組裝或者使用正確的是ABD．
A．抽濾可以加快過(guò)濾速度，得到較干燥的沉淀
B．安裝電動(dòng)攪拌器時(shí)，攪拌器下端不能與三頸燒瓶底、溫度計(jì)等接觸
C．圖1回流攪拌裝置應(yīng)采用直接加熱的方法
D．冷凝管中水的流向是下進(jìn)上出
（4）除去殘留在苯甲酸中的甲苯應(yīng)先加入NaOH溶液，分液，水層再加入濃鹽酸酸化，然后抽濾，干燥即可得到苯甲酸．
（5）純度測(cè)定：稱取1.220g產(chǎn)品，配成100mL溶液，取其中25.00mL溶液，進(jìn)行滴定，消耗KOH物質(zhì)的量為2.4×10^-3mol．產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%．

Answer 1

分析 一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應(yīng)一段時(shí)間后停止反應(yīng)，按如圖流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯，苯甲酸能溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液體采用分液方法分離，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹�，從而得到有機(jī)層和水層，有機(jī)層中含有甲苯、水層中含有苯甲酸，有機(jī)層中的甲苯采用蒸餾方法得到無(wú)色液體A，A是甲苯，將水層鹽酸酸化再蒸發(fā)濃縮，根據(jù)苯甲酸的溶解度知，得到的固體B是苯甲酸，
（1）A是甲苯；分離互溶且沸點(diǎn)不同的液體采用蒸餾方法；
（2）如果濾液呈紫色，說(shuō)明高錳酸鉀過(guò)量，要先加亞硫酸氫鉀，將高錳酸鉀還原，否則濃鹽酸可能被氧化成氯氣；
（3）A．抽濾時(shí)，瓶中壓強(qiáng)較小，可以加快過(guò)濾速度；
B．為了防止攪拌棒下端打壞三頸燒瓶底或溫度計(jì)，因此不能與它們接觸；
C．圖1回流攪拌裝置應(yīng)采用水浴加熱的方法；
D．冷凝管中水的流向與蒸汽的流向相反；
（4）甲苯與NaOH不反應(yīng)，苯甲酸與NaOH反應(yīng)生成苯甲酸鈉，分液，苯甲酸鈉溶液中加鹽酸可以制得苯甲酸；
（5）苯甲酸和KOH溶液發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，根據(jù)苯甲酸和KOH之間的關(guān)系式計(jì)算苯甲酸的質(zhì)量，從而計(jì)算苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應(yīng)一段時(shí)間后停止反應(yīng)，按如圖流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯，苯甲酸能溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液體采用分液方法分離，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹�，從而得到有機(jī)層和水層，有機(jī)層中含有甲苯、水層中含有苯甲酸，有機(jī)層中的甲苯采用蒸餾方法得到無(wú)色液體A，A是甲苯，將水層鹽酸酸化再蒸發(fā)濃縮，根據(jù)苯甲酸的溶解度知，得到的固體B是苯甲酸，
（1）A是甲苯，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：；有機(jī)層中物質(zhì)互溶且沸點(diǎn)不同，所以可以采用蒸餾方法分離，則操作II為蒸餾
故答案為：；蒸餾；
（2）如果濾液呈紫色，說(shuō)明高錳酸鉀過(guò)量，要先加亞硫酸氫鉀，除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，否則濃鹽酸酸化時(shí)可能被高錳酸鉀氧化成氯氣，
故答案為：除去未反應(yīng)的高錳酸鉀氧化劑，否則用鹽酸酸化時(shí)會(huì)發(fā)生鹽酸被高錳酸鉀所氧化，產(chǎn)生氯氣；
（3）A．抽濾時(shí)，瓶中壓強(qiáng)較小，可以加快過(guò)濾速度，得到較干燥的沉淀，故A正確；
B．為了防止攪拌棒下端打壞三頸燒瓶底或溫度計(jì)，因此不能與它們接觸，所以在攪拌時(shí)，攪拌棒下端不能與三頸燒瓶底、溫度計(jì)等接觸，故B正確；
C．沸水浴加熱便于控制溫度和使容器受熱均勻，圖1回流攪拌裝置應(yīng)采用水浴加熱的方法，故C錯(cuò)誤；
D．冷凝管中水的流向與蒸汽的流向相反，則冷凝管中水的流向是下進(jìn)上出，故D正確；
故答案為：ABD；
（4）除去殘留在苯甲酸中的甲苯應(yīng)先加入，應(yīng)該先加NaOH溶液，甲苯與NaOH不反應(yīng)，苯甲酸與NaOH反應(yīng)生成苯甲酸鈉，分液，苯甲酸鈉溶液中加鹽酸可以制得苯甲酸，
故答案為：NaOH溶液；濃鹽酸酸化；
（5）設(shè)苯甲酸的物質(zhì)的量濃度為x，則25mL苯甲酸溶液中苯甲酸的物質(zhì)的量為0.025xmol，
C₆H₅COOH+KOH→C₆H₅COOK+H₂O
1mol           1mol
0.025xmol    2.40×10^-3mol
1mol：1mol=0.025xmol：2.40×10^-3mol
x=$\frac{2.4×10{\;}^{-3}mol×1mol}{1mol×0.025mol}$=0.96，
則100mL苯甲酸中苯甲酸的質(zhì)量=0.096mol/L×0.1L×122g/mol=1.1712g，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{1.1712g}{1.220g}$=96%，
故答案為：96%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、混合物的分離和提純，側(cè)重考查分析問(wèn)題能力、計(jì)算能力，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，知道根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)選取合適的分離方法，題目難度中等．