Question

4．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：
+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：苯甲酸分子量是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，定性檢驗A的試劑是酸性KMnO₄溶液，現象是溶液褪色．
（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．請在答題卡上完成表中內容．

序號	實驗方案	實驗現象	結論
①	將白色固體B加入水中，溶解 冷卻、過濾，	得到白色晶體和無色溶液	--
②	取少量濾液于試管中，滴入2-3滴AgNO3溶液	生成白色沉淀	濾液含有Cl-
③	干燥白色晶體，加熱使其融化，測其熔點	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的物質的量為2.40×10^-3mol．產品中甲苯酸質量分數的計算表達式為$\frac{2.4×1{0}^{-3}mol×4×122g/mol}{1.22g}$．

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）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；
（4）苯甲酸和KOH溶液發生酸堿中和反應，根據苯甲酸和KOH之間的關系式計算苯甲酸的質量，從而計算苯甲酸的質量分數．

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，甲苯中有甲基，所以能被酸性高錳酸鉀氧化為苯甲酸而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，則可以用酸性高錳酸鉀溶液檢驗甲苯，
故答案為：甲苯；酸性KMnO₄溶液；溶液褪色；
（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；
故答案為：

序號	實驗方案	實驗現象	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溶液	--
②	取少量濾液于試管中，滴入2-3滴AgNO3溶液	生成白色沉淀	濾液含有Cl-
③	干燥白色晶體，加熱使其融化，測其熔點；	熔點為122.4℃	白色晶體是苯甲酸

（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=$\frac{2.4×1{0}^{-3}mol×4×122g/mol}{1.22g}$×100%=96%，
故答案為：$\frac{2.4×1{0}^{-3}mol×4×122g/mol}{1.22g}$．

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．