Question

18．苯甲酸是一種化工原料，常用作制藥和染料的中間體，也用于制取增塑劑和香料等．實驗室合成苯甲酸的原理、有關數據及裝置示意圖如下：
反應過程：$→_{△}^{KMnO_{4}}$$\stackrel{HCl}{→}$
反應試劑、產物的物理常數：

名稱	性狀	熔點（℃）	沸點（℃）	密度（g/mL）	溶解度（g）
					水	乙醇
甲苯	無色液體易燃易揮發	-95	110.6	0.8669	不溶	互溶
苯甲酸	白色片狀或針狀晶體	122.4[1]	248	1.2659	微溶[2]	易溶

注釋：[1]100℃左右開始升華．
[2]苯甲酸在100g水中的溶解度為：4℃，0.18g；18℃，0.27g；75℃，2.2g．
按下列合成步驟回答問題：
Ⅰ．苯甲酸制備：
按如圖在250mL三頸燒瓶中放入2.7mL甲苯和100mL水，控制100℃機械攪拌溶液，在石棉網上加熱至沸騰．從冷
凝管上口分批加入8.5g高錳酸鉀（加完后用少量水沖洗冷凝管內壁），繼續攪拌約需4～5h，靜置發現不再出
現分層現象時，停止反應．裝置a的作用是將甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的揮發而降低產品產率．寫出并配平該反應化學方程式：

Ⅱ．分離提純：
（1）除雜．將反應混合物加入一定量亞硫酸氫鈉溶液使紫色褪去，此時反應的離子方程式為2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O．
（2）趁熱過濾、熱水洗滌．趁熱過濾目的是除去二氧化錳并防止苯甲酸鉀結晶析出造成損失．
（3）苯甲酸生成．合并實驗（2）濾液和洗滌液，放在冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化，至苯甲酸全部析出．將析出的苯甲酸減壓過濾，得到濾液A和沉淀物B．沉淀物B用少量冷水洗滌，擠壓去水分，把制得的苯甲酸放在水浴上干燥，得到粗產品C．
（4）粗產品提純．將粗產品C進一步提純，可用下列BD操作（填字母）．
A．萃取分液          B．重結晶          C．蒸餾          D．升華
Ⅲ．產品純度測定：稱取1.220g產品，配成100mL乙醇溶液，移取25.00mL溶液于錐形瓶，滴加2～3滴酚酞（填寫“甲基橙”或“酚酞”），然后用0.1000mol•L^-1KOH溶液滴定，到達滴定終點時消耗KOH溶液24.00mL．產品中苯甲酸質量分數為96.00%．

Answer 1

分析 I．（1）甲苯不溶于水會分層，反應生成的苯甲酸鉀易溶于水；裝置a能冷凝回流蒸汽；甲苯與高錳酸鉀反應生成苯甲酸鉀、二氧化錳、水和氫氧化鉀，根據元素守恒配平方程式；
II．（1）亞硫酸氫鈉均有還原性，能還原高錳酸鉀；
（2）過濾除去難溶性的二氧化錳，趁熱過濾可以防止苯甲酸鉀結晶析出；
（4）苯甲酸中的雜質為氯化鉀，根據二者物理性質的差別分析；
III．苯甲酸與氫氧化鉀反應生成苯甲酸鉀，苯甲酸鉀水解顯堿性，應該用酚酞作指示劑；根據氫氧化鉀的物質的量求出苯甲酸的物質的量，再求出質量和質量分數．

解答 解：I．（1）甲苯不溶于水會分層，反應生成的苯甲酸鉀易溶于水，所以反應后的混合溶液不再分層，說明甲苯完全反應；裝置a能冷凝回流水蒸汽、甲苯蒸汽，防止甲苯的揮發而降低產品產率；甲苯與高錳酸鉀反應生成苯甲酸鉀、二氧化錳、水和氫氧化鉀，反應方程式為：+2KMnO₄$\stackrel{△}{→}$+2MnO₂↓+H₂O+KOH；
故答案為：分層；將甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的揮發而降低產品產率；2；2；1KOH；
II．（1）亞硫酸氫鈉均有還原性，能還原高錳酸鉀生成二氧化錳、硫酸鉀和水，其反應的離子方程式為：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
故答案為：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
（2）反應后的混合物中含有二氧化錳固體，過濾除去難溶性的二氧化錳，苯甲酸鉀的溶解度隨著溫度的降低而減小，所以趁熱過濾可以防止苯甲酸鉀結晶析出，
故答案為：除去二氧化錳并防止苯甲酸鉀結晶析出造成損失；
（4）苯甲酸中的雜質為氯化鉀，苯甲酸易升華，KCl的熔沸點很高，不升華，所以提純含有氯化鉀的苯甲酸可以采用升華的方法；苯甲酸在水中的溶解度受溫度影響較大，可以采用重結晶的方法提純苯甲酸；
故答案為：BD；
III．苯甲酸與氫氧化鉀反應生成苯甲酸鉀，苯甲酸鉀水解顯堿性，應該用在堿性條件下變色的指示劑，所以選用酚酞作指示劑；
n（KOH）=cV=0.1000mol•L^-1 ×0.024L=0.0024mol，苯甲酸與氫氧化鉀等物質的量恰好反應，則n（苯甲酸）=0.0024mol，
則其總質量為0.0024mol×122g/mol×$\frac{100ml}{25ml}$=1.1712g，所以產品中苯甲酸質量分數為$\frac{1.1712g}{1.22g}$×100%=96.00%，
故答案為：酚酞；96.00%．

點評 本題考查了苯甲酸的制備實驗方案設計，側重于制備實驗操作、物質的分離提純、離子方程式的書寫、數據的處理和計算、滴定原理的應用等知識點的考查，清楚制備的原理是解答的關鍵，題目難度中等．