Question

14．苯甲酸（無色針狀晶體，熔點122.4℃）可廣泛用于醫(yī)藥、染料載體、香料等，實驗室用甲苯和高錳酸鉀制備苯甲酸．反應方程式如圖1：

已知有關化合物的相關數(shù)據(jù)如表所示：

化合物	相對分子質(zhì)量	密度（g•cm-3）	溶解性	沸點（℃）
甲苯	92	0.87	難溶于水	110.0
苯甲酸鉀	160	-	易溶于水	-
苯甲酸	122	1.26	微溶于水	248.0

苯甲酸在100g水中的溶解度：0.18g（4℃），0.27g（18℃），2.2g（75℃）．
合成：如圖2（固定及加熱裝置略去）所示，在三頸燒瓶中加入4.23mL甲苯和100mL蒸餾水，瓶口裝上溫度計、電動攪拌器、冷凝管，慢慢開啟電動攪拌器，加熱至沸騰．經(jīng)冷凝管上口分批加入21.30g高錳酸鉀（過量），繼續(xù)煮沸至甲苯層消失，回流液中不再出現(xiàn)油珠為止，得到反應混合物．
對反應混合物進行分離：①趁熱過濾→②洗滌濾渣→③合并濾液和洗滌液→④冷卻→⑤鹽酸酸化→⑥過濾．
對粗產(chǎn)品苯甲酸進行提純：①沸水溶解→②活性炭脫色→③趁熱過濾→④冷卻結晶→⑤過濾→⑥洗滌→⑦干燥．
請回答下列有關問題：
（1）實驗中準確量取4.23mL甲苯所需儀器為酸式滴定管．
（2）冷凝管的上口是否需要塞上塞子否（填“是”或“否”），a處水流方向是進水（填“進水”或“出水”）．
（3）高錳酸鉀需要分批加入，請用化學反應速率觀點說明理由避免反應過快，使反應液從回流管上端噴．
（4）在對粗產(chǎn)品苯甲酸進行提純過程中，“③趁熱過濾”的目的是除去活性炭，減少苯甲酸結晶析出；“④”的操作名稱是冷卻結晶；可證明“⑥洗滌”步驟已洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液，加入用HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若無白色沉淀生成，說明沉淀已洗滌干凈．
（5）干燥后稱量得苯甲酸2.93g，則苯甲酸的產(chǎn)率為60%．

Answer 1

分析 利用甲苯和高錳酸鉀制備苯甲酸，具體操作是先在反應容器內(nèi)得到反應混合物，經(jīng)過：①趁熱過濾→②洗滌濾渣→③合并濾液和洗滌液→④冷卻→⑤鹽酸酸化→⑥過濾的分離操作得到粗產(chǎn)品，再通過溶解、脫色、趁熱過濾、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作得到精品，據(jù)此分析；
（1）橡膠易溶于甲苯，不能利用堿式滴定管量��；
（2）冷凝管的上口不能密封，要內(nèi)外相通，冷卻水應下進上出，冷水在冷凝管中的時間長；
（3）高錳酸鉀需要分批加入，減小反應速率；
（4）由表格數(shù)據(jù)可知，溫度高苯甲酸的溶解度大；取最后一次的洗滌液，檢驗無氯離子，可說明洗滌干凈；
（5）加入4.23mL甲苯，理論上得到苯甲酸為$\frac{4.23×0.87}{92}$mol×122g/mol=4.88g，以此計算產(chǎn)率．

解答 解：利用甲苯和高錳酸鉀制備苯甲酸，具體操作是先在反應容器內(nèi)得到反應混合物，經(jīng)過：①趁熱過濾→②洗滌濾渣→③合并濾液和洗滌液→④冷卻→⑤鹽酸酸化→⑥過濾的分離操作得到粗產(chǎn)品，再通過溶解、脫色、趁熱過濾、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作得到精品，據(jù)此解題；
（1）橡膠易溶于甲苯，不能利用堿式滴定管量取，則實驗中準確量取4.23mL甲苯所需儀器為酸式滴定管，故答案為：酸式滴定管；
（2）冷凝管的上口不需要塞上塞子，a處水流方向是進水，故答案為：否；進水；
（3）高錳酸鉀需要分批加入，用化學反應速率觀點說明理由為避免反應過快，使反應液從回流管上端噴，故答案為：避免反應過快，使反應液從回流管上端噴；
（4）由表格數(shù)據(jù)可知，溫度高苯甲酸的溶解度大，在對粗產(chǎn)品苯甲酸進行提純過程中，“③趁熱過濾”的目的是除去活性炭，減少苯甲酸結晶析出；“④”的操作名稱是 冷卻結晶；可證明“⑥洗滌”步驟已洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液，加入用HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若無白色沉淀生成，說明沉淀已洗滌干凈，
故答案為：除去活性炭，減少苯甲酸結晶析出；冷卻結晶；取最后一次洗滌液，加入用HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若無白色沉淀生成，說明沉淀已洗滌干凈；
（5）加入4.23mL甲苯，理論上得到苯甲酸為$\frac{4.23×0.87}{92}$mol×122g/mol=4.88g，則苯甲酸的產(chǎn)率為$\frac{2.93g}{4.88g}$×100%=60%，故答案為：60%．

點評 本題考查有機物的制備實驗，為高頻考點，把握制備實驗原理、實驗技能、混合物分離提純等為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度不大．