Question

【題目】苯甲酸是一種重要的化工原料。實驗室合成苯甲酸的原理、有關數據及裝置示意圖如下：

名稱	性狀	熔點/℃	沸點/℃	密度 /g·cm-3	溶解性
					水	乙醇
甲苯	無色液體易燃易揮發(fā)	-95	110.6	0.866 9	不溶	互溶
苯甲酸	白色片狀或針狀晶體	112.4 (100℃左右升華)	248	1.265 9	微溶	易溶

苯甲酸在水中的溶解度如表中所示：

溫度/℃	4	18	75
溶解度/g	0.2	0.3	2.2

某學習小組在實驗室制備、分離、提純苯甲酸，并測定所得樣品的純度，步驟如下：

一、制備苯甲酸

在三頸燒瓶中加入2.7 mL甲苯、100 mL水和2～3片碎瓷片，開動電動攪拌器，a中通入流動水，在石棉網上加熱至沸騰，然后分批加入8.5 g高錳酸鉀，繼續(xù)攪拌約4～5 h，直到甲苯層幾乎近于消失、回流液不再出現油珠，停止加熱和攪拌，靜置。

二、分離提純

在反應混合物中加入一定量草酸(H2C2O4)充分反應，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，擠壓去水分后放在沸水浴上干燥，得到粗產品。

三、測定純度

稱取mg產品，配成100 mL乙醇溶液，移取25.00 mL溶液于錐形瓶中，滴加2～3滴酚酞，然后用標準濃度KOH溶液滴定。

請回答下列問題：

(1)裝置a的名稱是________，其作用為_________________________________。

(2)甲苯被高錳酸鉀氧化的原理為+KMnO4+MnO2↓+H2O+ ________，請完成并配平該化學方程式。

(3)分離提純過程中加入的草酸是一種二元弱酸，反應過程中有酸式鹽和無色氣體生成。加入草酸的作用是_______________________，請用離子方程式表示反應原理：__________________。

(4)產品減壓過濾時用冷水洗滌的原因是_______________________________。

(5)選用下列________(選填字母)操作，可以將粗產品進一步提純。

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

(6)測定純度步驟中，滴定終點溶液的顏色變化是_________________________。

若m=1.200 g，滴定時用去0.120 0 mol·L-1標準KOH溶液20.00 mL，則所得產品中苯甲酸的質量分數為________。

Answer 1

【答案】(1)球形冷凝管 冷凝回流，防止甲苯的揮發(fā)而降低產品產率

(2)1 2 1 2 1 KOH

(3)將過量的高錳酸鉀轉化為二氧化錳，以便過濾除去 2Mn+3H2C2O42MnO2↓+2HC+4CO2↑+2H2O

(4)苯甲酸在冷水中的溶解度較小，用冷水洗滌可以減少產品的損失

(5)D

(6)溶液由無色變淺紅色，且半分鐘不褪色 97.6%

【解析】(1)該反應中反應物與產物都易揮發(fā)，需要加球形冷凝管進行冷凝回流。

(2)甲苯被氧化為苯甲酸，相當于增加了2個氧原子、去掉了2個氫原子，則化合價升高6，而KMnO4～3e-～MnO2，所以有～2KMnO4，再結合原子守恒配平。

(3)反應混合物中有過量的KMnO4，苯甲酸也溶于水，加入具有還原性的草酸將KMnO4還原為難溶的二氧化錳除去，同時還生成KHCO3和CO2，Mn～3e-～MnO2，H2C2O4～2e-～2CO2↑(或HC)，則根據得失電子守恒有2Mn～3H2C2O4，再結合電荷守恒、原子守恒配平離子方程式。

(4)根據苯甲酸在水中的溶解度知：溫度越低，溶解度越小，過濾時損失越少。

(5)注意信息：苯甲酸在100℃升華，將固體加熱到100℃升華可得純凈的苯甲酸，其余選項中都會使苯甲酸溶解或不容易分離。

(6)酸溶液中加入酚酞沒有明顯現象，當顯堿性時呈紅色。根據反應有n(苯甲酸)=n(KOH)=0.120 0 mol·L-1×20.00 mL×10-3L·mL-1=2.4×10-3mol，m(苯甲酸)=2.4×10-3mol×122 g·mol-1=0.292 8 g，則產品中苯甲酸的質量分數是

0.292 8 g×4÷1.200 g×100%=97.6%。