Question

4．苯甲酸广泛应用于制药和化工行业，某兴趣小组同学利用高锰酸钾氧化甲苯制备苯甲酸（KMnO₄中性条件下还原产物为MnO₂，酸性条件下为Mn²⁺）

已知：苯甲酸相对分子量122，熔点122.4℃，在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g．
实验流程：
①往装置A中加入2.7mL（2.3g）甲苯和125mL水，然后分批次加入8.5g稍过量的KMnO₄固体，控制反应温度约在100℃，当甲苯层近乎消失，回流不再出现油珠时，停止加热．
②将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣，合并滤液与洗涤液，冷却后加入浓盐酸，经操作I得白色较干燥粗产品．
③纯度测定：称取1.220g白色样品，配成100mL苯甲酸溶液，取25.00mL溶液，用0.1000mol/L KOH标准溶液滴定，重复滴定四次，每次消耗的体积如下表所示．

	第一次	第二次	第三次	第四次
体积（mL）	24.00	24.10	22.40	23.90

请回答：
（1）装置A的名称三颈烧瓶．若不用温度计，本实验控制反应温度的措施为沸水浴加热．
（2）白色粗产品中除了KCl外，其他可能的无机杂质为MnCl₂．
（3）操作②中趁热过滤的目的是防止苯甲酸结晶析出，减少其损失，操作I的名称过滤、干燥．
（4）步骤③中用到的定量仪器有分析天平，分析天平，50mL酸式、碱式滴定管．
（5）样品中苯甲酸纯度为96.00%．
（6）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视则测定结果将偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）装置A为三颈烧瓶；本实验控制反应温度约在100℃，可以采用水浴加热；
（2）实验使用了KMnO₄做氧化剂，白色粗产品中除了KCl外，还有MnCl₂；
（3）苯甲酸在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g，操作②是要获得苯甲酸溶液，要尽量减小苯甲酸的损失，从混合液中得到沉淀一般采用过滤、干燥；
（4）步骤③的称量需要精确度高的分析天平才能保证精确度；
（5）第三次数据与其它数据差别较大舍去，平均消耗体积为24.00mL，求出KOH的物质的量，根据反应方程式中物质之间量的关系求出苯甲酸的物质的量，再求转化率和质量分数；
（6）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视，两次度数距离偏小，测定结果也偏小．

解答 解：（1）由实验装置图可知A为三颈烧瓶；本实验控制反应温度约在100℃，可以采用水浴加热，而且要沸水加热，
故答案为：三颈烧瓶；沸水浴加热；
（2）实验使用了KMnO₄做氧化剂，KMnO₄中性条件下还原产物为MnO₂，同时生成KOH，再加浓盐酸，除了生成苯甲酸，还有KCl和MnCl₂生成，所以可能的无机杂质为为IKCl和MnCl₂；
故答案为：MnCl₂；
（3）苯甲酸在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g，操作②是要获得苯甲酸溶液，要尽量减小苯甲酸的损失，所以过滤时要趁热，防止苯甲酸结晶析出，减少其损失，将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣，合并滤液与洗涤液，冷却后加入浓盐酸，生成的苯甲酸溶解度较小，以晶体的形式析出，从混合液中得到沉淀一般采用过滤、干燥；
故答案为：防止苯甲酸结晶析出，减少其损失；过滤、干燥；
（4）托盘天平只能准确到0.1g，在步骤③中称取1.220g白色样品，所以需要精确度高的分析天平才能保证精确度；
故答案为：分析天平；
（5）第三次数据与其它数据差别较大舍去，平均消耗体积为$\frac{24.00+24.10+23.90}{3}$=24.00mL，则消耗的KOH的物质的量为0.1000mol/L×0.02400L=0.002400mol，苯甲酸（）中含有一个羧基，与氢氧化钾等物质的量恰好反应，则苯甲酸的物质的量为0.002400mol；
晶体中苯甲酸的总物质的量为0.002400mol×$\frac{100ml}{25ml}$=0.009600mol，
则样品中苯甲酸纯度为$\frac{0.009600mol×122g/mol}{1.220g}$×100%=96.00%；
故答案为：96.00%；
（6）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视，两次度数距离偏小，即氢氧化钾的体积偏小，则消耗的氢氧化钾的物质的量偏小，求出的苯甲酸的物质的量偏小，所以苯甲酸的质量和质量分数也偏小；
故答案为：偏小．

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、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．