Question

13．苯甲酸廣泛應用于制藥和化工行業．某同學嘗試用甲苯的氧化反應制備苯甲酸．
=2KMnO₄$\stackrel{△}{→}$+KOH+2MnO₂↓+H₂O
+HCl→+KCl
實驗方法：一定量的甲苯和KMnO₄溶液在100℃反應一段時間后停止反應，按如下流程分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯．

已知：苯甲酸相對分分子質量122，熔點122.4℃，在25℃和95℃時溶解度度分別為0，.3g和6.9g；純凈固體有機物一般都有固定熔點．
（1）操作I為分液，操作II為蒸餾．
（2）無色液體A是甲苯，定性區分苯和A的試劑常采用酸性高錳酸鉀溶液，現象是紫色溶液褪色．
（3）測定白色固體B的熔點，發現其在115℃開始熔化，達到130℃時仍有少量不熔．該同學推測白色固體B是苯甲酸與KCl的混合物，設計了如下方案進行提純和檢驗，實驗結果表
明推測正確．請完成表中內容．

序號	實驗方案	試驗現象	結論
①	將白色固體B加入水中，加熱 溶解，冷卻過濾	得到白色晶體和無色濾液
②	取少量濾液于試管中， 滴入適量的硝酸酸化的AgNO3溶液	生成白色沉淀	濾液含Cl-
③	干燥白色晶體，加熱使其熔化， 測得熔點	測得熔點為122.4℃	白色晶體是苯甲酸

（4）純度測定：稱取1.220g產品，配成100mL甲醇溶液，移取25.00mL溶液，滴定，消耗KOH大的物質的量為2.40×10^-3mol．產品中苯甲酸質量分數的計算表達為$\frac{2.4×1{0}^{-3}×4×122g/mol}{1.22g}×100%$，計算結果為96%（保留二位有效數字）．

Answer 1

分析 本題是利用酸性KMnO4溶液氧化甲苯制苯甲酸的工業流程，并涉及反應混合物的分離、提純及含量測定，具體分析為：
（1）反應混合物經過濾后的濾液靜置后分層，可據此選擇操作方式分離得到水相和有機層，有機層是甲苯與少量苯甲酸的混合物，相互混溶，可根據二者沸點差異進行分離；
（2）依據分離試劑和過程可知，有機相中主要為未反應的甲苯，甲苯是苯的同系物，可以被高錳酸鉀溶液氧化；
（3）①白色固體B是苯甲酸與KCl的混合物，加水溶解后，可根據苯甲酸和KCl的溶解度隨溫度變化情況，選擇重結晶的方法進行分離；
②過濾后再利用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢測Cl^-的存在；
（4）結合酸堿中和的原理，根據滴定消耗KOH的物質的量，計算苯甲酸的樣品質量分數．

解答 解：（1）一定量的甲苯和KMnO₄溶液在100℃反應一段時間后停止反應，按流程分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯；所以操作Ⅰ是分離出有機相甲苯，用分液方法得到；操作Ⅱ是蒸餾的方法控制甲苯沸點得到純凈的甲苯液體；故答案為：分液，蒸餾；
（2）依據流程和推斷可知，無色液體A為甲苯，檢驗試劑可以用酸性高錳酸鉀溶液，甲苯被氧化為苯甲酸，高錳酸鉀溶液紫色褪去；故答案為：酸性KMnO₄溶液，紫色溶液褪色；
（3）①白色固體B加水溶解后，利用苯甲酸和KCl的溶解度隨溫度變化情況，通過加熱濃縮后再冷卻結晶，利用過濾可分離出白色晶體和無色濾液，故答案為：冷卻過濾；
②向無色溶液里滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，有白色沉淀生成，可證明氯離子的存在，故答案為：滴入適量的硝酸酸化的AgNO₃溶液；
（4）稱取1.220g產品，配成100ml甲醇溶液，移取25.00ml溶液，滴定，消耗KOH的物質的量為2.40×10^-3mol，苯甲酸是一元弱酸和氫氧化鉀1：1反應，所以物質的量相同，注意溶液體積變化計算樣品中 苯甲酸的物質的量，計算質量分數；樣品中苯甲酸質量分數=$\frac{2.4×1{0}^{-3}×4×122g/mol}{1.22g}×100%$=96%，故答案為：$\frac{2.4×1{0}^{-3}×4×122g/mol}{1.22g}×100%$；96%．

點評 本題考查了物質性質的實驗分析判斷，物質分離條件，試劑選擇，操作步驟的理解應用，物質成分的實驗設計方案、步驟、試劑，樣品純度的計算，題目難度中等．