Question

1．苯甲酸（C₆H₅COOH式量：122，熔点122.4℃，密度为1.2659g•cm^-3）是一种一元有机弱酸，微溶于水易溶于乙醇．实验室中由甲苯（式量：92，密度为0.8669g•cm^-3）制备苯甲酸的实验如下：
第一步：将18.4g甲苯和硫酸酸化的KMnO₄溶液置于如图的三颈瓶中，加热保持反应物溶液温度在90℃左右至反应结束．
第二步：将反应后混合液过滤，滤液用浓盐酸酸化，抽滤得粗产品．
第三步：粗产品用水洗涤2到3次，干燥称量得固体23.4g．
请回答下列问题：
（1）仪器甲的名称为温度计．
（2）第一步发生反应的化学方程式为5C₆H₅CH₃+6KMnO₄+9H250₄$\stackrel{90}{→}$5C₆H₅COOH+3K₂SO₄+6MnSO₄+14H₂O．
（3）第二步中抽滤的优点是过滤速度快，得到的固体水分少．
（4）第三步证明洗涤干净的方法是取最后一次的洗涤液中滴加硝酸银溶液，若无沉徒生成，则说明沉淀洗涤干净了；干燥的最佳方法是b （填代号）
a．空气中自然风干b．沸水浴上干燥c．直接加热干燥
（5）由以上数据知苯甲酸的产率为95.9%．
（6）某学生为测定苯甲酸的电离平衡常数设计实验如下：常温下，将a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，测得溶液的pH=7，请用含a、b的代数式表示出苯甲酸的K_a=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$，该溶液中的离子浓度大小关系为c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）反应需要保持温度，仪器甲为温度计；
（2）甲苯在硫酸的作用下被高锰酸钾氧化为苯甲酸，高锰酸钾被还原为硫酸锰；
（3）抽滤速度快，得到的固体水分少；
（4）产品表面有氯离子，检验洗涤液中是否混有氯离子即可；沸水浴上干燥；
（5）计算18.4g甲苯理论上生成的苯甲酸质量，再计算产率；
（6）a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，测得溶液的pH=7，则c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-），c（K⁺）=$\frac{b}{2}$mol/L，c（C₆H₅COO^-）=$\frac{b}{2}$mol/L，由物料守恒可得c（C₆H₅COOH），由此计算苯甲酸的K_a．

解答 解：（1）反应温度在90℃左右，仪器甲为温度计；
故答案为：温度计；
（2）甲苯在硫酸的作用下被高锰酸钾氧化为苯甲酸，高锰酸钾被还原为硫酸锰，反应为：5C₆H₅CH₃+6KMnO₄+9H250₄$\stackrel{90}{→}$5C₆H₅COOH+3K₂SO₄+6MnSO₄+14H₂O；
故答案为：5C₆H₅CH₃+6KMnO₄+9H250₄$\stackrel{90}{→}$5C₆H₅COOH+3K₂SO₄+6MnSO₄+14H₂O；
（3）抽滤的优点是过滤速度快，得到的固体水分少；
故答案为：过滤速度快，得到的固体水分少；
（4）产品表面有氯离子，检验洗涤液中是否混有氯离子即可，方法我饿：取最后一次的洗涤液中滴加硝酸银溶液，若无沉徒生成，则说明沉淀洗涤干净了；沸水浴干燥较快，同时防止苯甲酸升华变质，故用沸水浴上干燥；
故答案为：取最后一次的洗涤液中滴加硝酸银溶液，若无沉徒生成，则说明沉淀洗涤干净了；b；
（5）18.4g甲苯物质的量为0.2mol，则理论生成的苯甲酸也为0.2mol，质量为0.2mol×122g/mol=24.4g，故产率为$\frac{23.4}{24.4}×100%$=95.9%；
故答案为：95.9%；
（6）a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，c（K⁺）=$\frac{b}{2}$mol/L，测得溶液的pH=7，c（H⁺）=c（OH^-），根据电荷守恒：c（K⁺）+c（H⁺）=c（C₆H₅COO^-）+c（OH^-），故c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）=$\frac{b}{2}$mol/L＞c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L；
根据物料守恒：c（C₆H₅COO^-）+c（C₆H₅COOH）=$\frac{a}{2}$mol/L，故c（C₆H₅COOH）=$\frac{a}{2}$mol/L-$\frac{b}{2}$mol/L，则苯甲酸的K_a=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}COOH）}$=$\frac{\frac{b}{2}•1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{b}{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$，
故答案为：$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$； c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．

点评 本题以物质的制备为背景，涉及实验操作、物质的分离、离子检验、溶液中的离子平衡等知识点，注意阅读题给信息并充分利用信息进行解答，难度较大．