Question

15．苯甲酸是一種重要的化工原料，某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)方案制備苯甲酸，合成苯甲酸的原理、一個數(shù)據(jù)及裝置示意圖如圖甲：

名稱	性狀	熔點(diǎn)（℃）	沸點(diǎn)（℃）	密度（g/mL）	溶解性
					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	112.4 （100℃左右升華）	248	1.2659	微溶	易溶

注釋：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：（1）按如圖乙所示以三頸燒瓶為反應(yīng)器，用30.0mL甲苯和25.0mL 1mol•L^-1高錳酸鉀溶液在80℃下反應(yīng)30min，靜置發(fā)現(xiàn)不再出現(xiàn)分層現(xiàn)象時(shí)，停止反應(yīng)．裝置中a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．（填進(jìn)水管或出水管）圖中支管的作用是平衡壓強(qiáng)，便于甲苯順利滴入三頸燒瓶．
Ⅱ．分離提純．
（2）在反應(yīng)后的混合物中加入一定量亞硫酸氫鈉溶液充分反應(yīng)使紫色褪去，此時(shí)反應(yīng)的離子方程式為2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2H₂O．
（3）過濾、洗滌，將濾液放在冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化，苯甲酸全部析出后減壓過濾，將沉淀物用少量冷水洗滌，除雜．產(chǎn)品減壓過濾時(shí)用冷水洗滌的原因是苯甲酸在冷水中的溶解度較小，用冷水洗滌可以減少產(chǎn)品的損失，把制得的苯甲酸粗產(chǎn)品進(jìn)一步提純，可用下列D操作（填字母）
A．溶于水后過濾     B．溶于乙醇后蒸餾C．用甲苯萃取后分液  D．升華．
Ⅲ．產(chǎn)品純度測定．
（4）稱取1.220g產(chǎn)品，配成100mL乙醇溶于，移取25.00mL溶于于錐形瓶中，滴加2-3滴酚酞（填寫“甲基橙”或“酚酞”），然后用0.1000mol•L^-1KOH溶液滴定，滴定終點(diǎn)溶液的顏色變化是溶液顏色由無色變?yōu)闇\紅色，且30S內(nèi)不褪色．到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KOH溶液24.00mL（苯甲酸的相對分子質(zhì)量：122）．產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.00%．

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；支管連接了恒壓滴液漏斗中的液體上、下方，使恒壓滴液漏斗中的液體上、下方的壓強(qiáng)相等；
II．（2）亞硫酸氫鈉均有還原性，能還原高錳酸鉀；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，苯甲酸在冷水中的溶解度較小，用冷水洗滌可以減少產(chǎn)品的損失；苯甲酸中的雜質(zhì)為氯化鉀，由表中數(shù)據(jù)可知苯甲酸易升華，KCl的熔沸點(diǎn)很高，不升華；
III．（4）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；溶液顏色由無色變?yōu)闇\紅色說明滴定到達(dá)終點(diǎn)；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；支管連接了恒壓滴液漏斗中的液體上、下方，使恒壓滴液漏斗中的液體上、下方的壓強(qiáng)相等，便于甲苯順利滴入三頸燒瓶，
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；平衡壓強(qiáng)，便于甲苯順利滴入三頸燒瓶；
II．（2）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-+2H₂O；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，苯甲酸在冷水中的溶解度較小，用冷水洗滌可以減少產(chǎn)品的損失，苯甲酸中的雜質(zhì)為氯化鉀，由表中數(shù)據(jù)可知苯甲酸易升華，KCl的熔沸點(diǎn)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，故選D，
故答案為：苯甲酸在冷水中的溶解度較小，用冷水洗滌可以減少產(chǎn)品的損失；D；
III．（4）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，溶液顏色由無色變?yōu)闇\紅色，且30S內(nèi)不褪色，說明滴定到達(dá)終點(diǎn)；
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$\frac{1.1712g}{1.22g}$×100%=96.00%，
故答案為：酚酞；溶液顏色由無色變?yōu)闇\紅色，且30S內(nèi)不褪色；96.00%．

點(diǎn)評 本題考查了苯甲酸的制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，涉及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷、裝置分析評價(jià)、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)配平、滴定原理的應(yīng)用等，清楚制備的原理是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．