Question

11．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．
反應原理：

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：苯甲酸分子量122，熔點 122.4℃，在 25℃和 95℃時溶解度分別為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
（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是苯甲酸與少量KCl的混合物．
①欲從混合物中提純苯甲酸，應進行的操作是重結晶，具體過程包括：加入適量蒸餾水→加熱溶解→冷卻結晶→過濾、洗滌、干燥．
②在①提純過程中，應用冷水對晶體進行洗滌，洗滌的目的是除去晶體表面附著的KCl（雜質），提高晶體純度，如何檢驗洗滌已經完全：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，沒有白色沉淀生成，說明洗滌完全．
③欲檢驗經過①提純后的固體是否純凈，可以采用的實驗方法是測定固體熔點，如果固體純凈，對應的現象是白色晶體在122.4℃左右完全熔化．
（4）將提純后的苯甲酸進行核磁共振氫譜分析，可以得到4種峰，峰面積之比為2：2：1：1．

Answer 1

分析 一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應一段時間后停止反應，按如圖流程分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯，苯甲酸能溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液體采用分液方法分離，根據實驗目的知，從而得到有機相和水相，有機相中含有甲苯、水相中含有苯甲酸，有機相中的甲苯采用蒸餾方法得到無色液體A，A是甲苯，將水相鹽酸酸化再蒸發濃縮，根據苯甲酸的溶解度知，得到的固體B是苯甲酸．
（1）分離互不相溶的液體采用分液方法，分離互溶且沸點不同的液體采用蒸餾方法；
（2）無色液體A為甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（3）結合反應化學方程式中生成的產物和流程中分離步驟分析，白色固體B是苯甲酸與KCl的混合物；依據苯甲酸熔點122.4℃，在25℃和95℃時溶解度分別為0.3g和6.9g；先檢驗苯甲酸的檢驗再檢驗氯化鉀的存在，純凈物具有固定的熔沸點，混合物無固定的熔沸點；
（4）將提純后的苯甲酸進行核磁共振氫譜分析，分子中含有四種氫原子，氫原子個數之比等于峰面積之比．

解答 解：一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應一段時間后停止反應，按如圖流程分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯，苯甲酸能溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液體采用分液方法分離，根據實驗目的知，從而得到有機相和水相，有機相中含有甲苯、水相中含有苯甲酸，有機相中的甲苯采用蒸餾方法得到無色液體A，A是甲苯，將水相鹽酸酸化再蒸發濃縮，根據苯甲酸的溶解度知，得到的固體B是苯甲酸．
（1）分離互不相溶的液體采用分液方法，根據流程圖中，水相和有機相不互溶，可以采用分液方法分離，即操作I為分液，有機相中物質互溶且沸點不同，所以可以采用蒸餾方法分離，即操作II為蒸餾，
故答案為：分液；蒸餾；
（2）通過以上分析知，A是甲苯，故答案為：甲苯；
（3）通過測定白色固體B的熔點，發現其在115℃開始熔化，達到130℃時仍有少量不熔，推測白色固體B是苯甲酸與KCl的混合物，氯化鉀可以用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗氯離子的存在；利用苯甲酸的溶解度特征在25℃和95℃時溶解度分別為0.3g和6.9g；利用不同溫度下的溶解度，分離混合物，得到晶體后通過測定熔點判斷是否為苯甲酸；
①欲從混合物中提純苯甲酸，應進行的操作是將白色固體B加入水中加熱，溶解，冷卻、過濾，重結晶，具體過程包括：加入適量蒸餾水→加熱溶解→冷卻結晶→過濾、洗滌、干燥，故答案為：重結晶；加熱溶解；冷卻結晶；
②在①提純過程中，應用冷水對晶體進行洗滌，洗滌的目的是 除去晶體表面附著的KCl（雜質），提高晶體純度，檢驗洗滌已經完全：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，沒有白色沉淀生成，說明洗滌完全，
故答案為：冷水； 除去晶體表面附著的KCl（雜質），提高晶體純度；取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，沒有白色沉淀生成，說明洗滌完全；
③欲檢驗經過①提純后的固體是否純凈，可以采用的實驗方法是干燥白色晶體，加熱使其融化，測其熔點，如果固體純凈，對應的現象是 白色晶體在122.4℃左右完全熔化，
故答案為：測定固體熔點；白色晶體在122.4℃左右完全熔化；
（4）苯甲酸分子中羧基中含有一個氫原子，苯環上含有鄰間對三種氫原子，鄰位2個，間位2個，對位1個，將提純后的苯甲酸進行核磁共振氫譜分析可以得到4種峰，個數之比等于峰面積之比=2：2：1：1
故答案為：4；2：2：1：1．

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，注意答題時從題中獲取有用的信息，題目難度中等．