Question

現有苯甲酸、苯酚溶于乙醇所得的混合液，某同學設計方案分離三種物質，并檢驗其中的某些離子和物質。
已知：（1）酸性強弱：HCl>苯甲酸>H₂CO₃>苯酚> HCO₃^－  （2）部分物理參數如下：

	密度 （g·mL－1）	熔點 （℃）	沸點 （℃）	溶解性
苯甲酸	1．2659	122．13℃	249℃	微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑
苯酚	1．07	40．6	181．9	易溶于乙醇、乙醚，65℃以上能與水互溶
乙醇	0．79	-114．3 °C	78．5	與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數有機溶劑

 
供選擇試劑：10%氫氧化鈉溶液、0.1mol/L鹽酸、0.1mol/LNa₂CO₃、0.1mol/L NaHCO₃、濃溴水、生石灰、0.1mol/L FeCl₃、0.1mol/L BaCl₂、CO₂、0.1mol/L溴水、澄清石灰水
（1）分離物質流程如下：

①物質C是_____________，操作IV是_____________。
②操作III發生的主要化學反應方程式_________________  _______________________________。
③混合液2中加入生石灰的原因是_______。
（2）該同學檢驗混合液1中是否含有苯酚和NaHCO₃，以證明酸性的強弱。

實驗步驟	現象和結論
①取少量混合液1于試管，滴加________________________， 振蕩，靜置
②取少量步驟①上層清夜于試管，滴加__________________ ____________________________________________________	澄清石灰水變渾濁 說明混合液1含有HCO3－
③另取少量混合液1于試管，滴加___________________，振蕩	_________________________， 說明混合液1不含有酚羥基

 
（3）稱取2.0g苯甲酸和苯酚的混合固體溶于足量乙醇中，滴加足量飽和NaHCO₃溶液，測得放出的CO₂（標準狀況下，不考慮CO₂溶于水）為33.6mL ，則苯甲酸的質量分數為_________________________（只列式，不計算），結果為________。（結果保留1位小數）（苯甲酸的相對分子質量為122，苯酚相對分子質量為94）

Answer 1

（17分）
①CO₂  （2分）     過濾（2分）
②（2分）
③生石灰與混合液2中的水反應，生成氫氧化鈣溶液，便于乙醇從混合物中蒸餾出來（意思相同也得分）（2分）
（2）

實驗步驟	現象和結論
①取一定量試樣于試管，加入足量0．1mol/L BaCl2(1分)，
②取少量步驟①上層清夜于試管，滴加足量的 0．1mol/L鹽酸， 再將產生的氣體通入澄清石灰水中(2分)
②另取少量試樣于試管，滴加少量0．1mol/L  FeCl3溶液(1分)，（或者少量濃溴水），振蕩	溶液不顯紫色（或不出現白色的沉淀）(1分)，

 
（3）    （2分）  9．2%（2分）

解析試題分析：（1）①由于酸性強弱：HCl>苯甲酸>H₂CO₃>苯酚> HCO₃^－，則苯甲酸和苯酚的乙醇溶液與碳酸鈉混合時，苯甲酸與碳酸鈉反應，生成苯甲酸鈉、二氧化碳和水，苯酚與碳酸鈉反應生成苯酚鈉和碳酸氫鈉，而乙醇與碳酸鈉都不反應；讀圖可得，混合液1的主要成分是苯甲酸鈉、苯酚鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉等物質，混合液2的主要成分是乙醇等物質；根據酸性強弱順序，則物質C是碳酸或二氧化碳氣體，苯酚鈉與碳酸或二氧化碳和水發生復分解反應，生成苯酚、碳酸氫鈉，而苯甲酸鈉與碳酸或二氧化碳和水不反應，則混合液3的主要成分是苯甲酸鈉和碳酸氫鈉等物質；物質D是鹽酸或HCl，鹽酸與苯甲酸鈉發生復分解反應，生成苯甲酸和氯化鈉，鹽酸與碳酸氫鈉發生復分解反應，生成氯化鈉、二氧化碳氣體和水；由于苯甲酸微溶于水，則鹽酸與苯甲酸鈉反應容易形成苯甲酸的過飽和溶液時，可以析出苯甲酸晶體，從溶液中分離出苯甲酸晶體的操作IV是過濾；②略；③生石灰為氧化鈣，CaO是堿性氧化物，容易與水反應，生成溶沸點較高的氫氧化鈣，而乙醇與氧化鈣不反應，且乙醇的溶沸點較低，蒸餾時乙醇容易從混合物中分離；（2）由于碳酸鈉過量，則混合液1中可能含有苯甲酸鈉、苯酚鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉等物質，其中碳酸鈉能干擾碳酸氫鈉的檢驗，因此步驟①應先取樣，再加入過量0.1mol/L BaCl₂，振蕩，靜置，將碳酸根離子完全沉淀為碳酸鋇，排除碳酸根離子對碳酸氫根離子的干擾；根據步驟②中現象和結論逆推，由于碳酸氫根離子在強酸作用下可以變為二氧化碳氣體，說明向步驟①的上層清液中滴加足量0.1mol/L鹽酸，再將產生的氣體通入澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，說明溶液1中含有碳酸氫根離子；由于步驟2中加入過量鹽酸可以將苯酚鈉轉變為苯酚，因此步驟③需要另取混合液1，由于苯酚遇氯化鐵溶液顯紫色，苯酚鈉遇氯化鐵溶液不變色，苯酚遇濃溴水反應生成白色沉淀，苯酚鈉遇濃溴水不能產生白色沉淀，因此向樣品中加入0.1mol/L FeCl₃或濃溴水，振蕩，溶液不顯紫色（或不出現白色的沉淀），說明混合液1不含有酚羥基或苯酚；（3）先求二氧化碳的物質的量（33.6×10^－3/22.4mol），再根據苯甲酸與飽和碳酸氫鈉溶液反應中苯甲酸與二氧化碳的系數之比等于物質的量之比求苯甲酸的物質的量（33.6×10^－3/22.4mol），然后根據摩爾質量求苯甲酸的質量（33.6×10^－3/22.4mol×122g/mol），最后根據混合固體的質量求苯甲酸的質量分數，即[33.6×10^－3/22.4mol×122g/mol]÷2.0g×100%=9.15%≈9.2%。
考點：考查探究實驗及化學計算，涉及分離流程圖、復分解反應、除雜試劑的確定、混合物分離和提純、分離提純關鍵步驟的化學方程式、解釋除雜試劑的作用、設計實驗方案除去碳酸氫鈉中混有的碳酸鈉、設計實驗方案檢驗碳酸氫鈉的存在、設計實驗方案檢驗苯酚是否存在、氣體體積、氣體摩爾體積、物質的量、物質的量在化學方程式中的應用、摩爾質量、苯甲酸的質量和純度計算、有效數字的處理等。