Question

苯甲酸是一种化工原料，常用作制药和染料的中间体，也用于制取增塑剂和香料等．实验室合成苯甲酸的原理、有关数据及装置示意图如下：
反应过程：
反应试剂、产物的物理常数：

名称	性状	熔点 （℃）	沸点 （℃）	密度 （g/mL）	溶解度（g）
					水	乙醇
甲苯	无色液体易燃易挥发	-95	110.6	0.8669	不溶	互溶
苯甲酸	白色片状或针状晶体	122.4[1]	248	1.2659	微溶[2]	易溶

注释：[1]100℃左右开始升华．
[2]苯甲酸在100g水中的溶解度为：4℃，0.18g；18℃，0.27g；75℃，2.2g．
按下列合成步骤回答问题：
Ⅰ．苯甲酸制备：
按如图在250mL三颈烧瓶中放入2.7mL甲苯和100mL水，控制100℃机械搅拌溶液，在石棉网上加热至沸腾．从冷凝管上口分批加入8.5g高锰酸钾（加完后用少量水冲洗冷凝管内壁），继续搅拌约需4～5h，静置发现不再出现

 

现象时，停止反应．装置a的作用是

 

．
写出并配平该反应化学方程式：1+

 

KMnO₄→1+

 

 MnO₂↓+1H₂O+

 

Ⅱ．分离提纯：
（1）除杂．将反应混合物加入一定量亚硫酸氢钠溶液使紫色褪去，此时反应的离子方程式为

 

．
（2）趁热过滤、热水洗涤．趁热过滤目的是

 

．
（3）苯甲酸生成．合并实验（2）滤液和洗涤液，放在冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化，至苯甲酸全部析出．将析出的苯甲酸减压过滤，得到滤液A和沉淀物B．沉淀物B用少量冷水洗涤，挤压去水分，把制得的苯甲酸放在水浴上干燥，得到粗产品C．
（4）粗产品提纯．将粗产品C进一步提纯，可用下列

 

操作（填字母）．
A．萃取分液          B．重结晶         C．蒸馏         D．升华
Ⅲ．产品纯度测定：
称取1.220g产品，配成100mL乙醇溶液，移取25.00mL溶液于锥形瓶，滴加2～3滴

 

（填写“甲基橙”或“酚酞”），然后用0.1000mol?L^-1 KOH溶液滴定，到达滴定终点时消耗KOH溶液24.00mL．产品中苯甲酸质量分数为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：I．（1）甲苯不溶于水会分层，反应生成的苯甲酸钾易溶于水；装置a能冷凝回流蒸汽；甲苯与高锰酸钾反应生成苯甲酸钾、二氧化锰、水和氢氧化钾，根据元素守恒配平方程式；
II．（1）亚硫酸氢钠均有还原性，能还原高锰酸钾；
（2）过滤除去难溶性的二氧化锰，趁热过滤可以防止苯甲酸钾结晶析出；
（4）苯甲酸中的杂质为氯化钾，根据二者物理性质的差别分析；
III．苯甲酸与氢氧化钾反应生成苯甲酸钾，苯甲酸钾水解显碱性，应该用酚酞作指示剂；根据氢氧化钾的物质的量求出苯甲酸的物质的量，再求出质量和质量分数．

解答： 解：I．（1）甲苯不溶于水会分层，反应生成的苯甲酸钾易溶于水，所以反应后的混合溶液不再分层，说明甲苯完全反应；装置a能冷凝回流水蒸汽、甲苯蒸汽，防止甲苯的挥发而降低产品产率；甲苯与高锰酸钾反应生成苯甲酸钾、二氧化锰、水和氢氧化钾，反应方程式为：+2KMnO₄

加热

+2MnO₂↓+H₂O+KOH；
故答案为：分层；将甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率；2；2；1KOH；
II．（1）亚硫酸氢钠均有还原性，能还原高锰酸钾生成二氧化锰、硫酸钾和水，其反应的离子方程式为：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
故答案为：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
（2）反应后的混合物中含有二氧化锰固体，过滤除去难溶性的二氧化锰，苯甲酸钾的溶解度随着温度的降低而减小，所以趁热过滤可以防止苯甲酸钾结晶析出；
故答案为：除去二氧化锰并防止苯甲酸钾结晶析出造成损失；
（4）苯甲酸中的杂质为氯化钾，苯甲酸易升华，KCl的熔沸点很高，不升华，所以提纯含有氯化钾的苯甲酸可以采用升华的方法；苯甲酸在水中的溶解度受温度影响较大，可以采用重结晶的方法提纯苯甲酸；
故答案为：BD；
III．苯甲酸与氢氧化钾反应生成苯甲酸钾，苯甲酸钾水解显碱性，应该用在碱性条件下变色的指示剂，所以选用酚酞作指示剂；
n（KOH）=cV=0.1000mol?L^-1 ×0.024L=0.0024mol，苯甲酸与氢氧化钾等物质的量恰好反应，则n（苯甲酸）=0.0024mol，
则其总质量为0.0024mol×122g/mol×

100ml

25ml

=1.1712g，所以产品中苯甲酸质量分数为

1.1712g

1.22g

×100%=96.00%，
故答案为：酚酞；96.00%．

点评：本题考查了苯甲酸的制备实验方案设计，侧重于制备实验操作、物质的分离提纯、离子方程式的书写、数据的处理和计算、滴定原理的应用等知识点的考查，清楚制备的原理是解答的关键，题目难度中等．