Question

2．苯甲酸是一种化工原料，常用作制药和染料的中间体，也用于制取增塑剂和香料等．实验室合成苯甲酸的原理、有关数据及装置示意图如下：反应过程：
反应试剂、产物、副产物的物理常数：

名称	性状	熔点（℃）	沸点（℃）	密度（g/mL）	溶解度（g）
					水	乙醇
甲苯	无色液体易燃易挥发	-95	110.6	0.8669	不溶	互溶
苯甲酸	白色片状或针状晶体	122.4[1]	248	1.2659	微溶[2]	易溶

注释：[1]100℃左右开始升华．
[2]苯甲酸在100g水中的溶解度为4℃，0.18g；18℃，0.27g；75℃，2.2g．
按下列合成步骤回答问题：
Ⅰ．苯甲酸制备：按如图在250mL三颈瓶中放入2.7mL，甲苯和100mL水，控制100℃机械搅拌溶液，在石棉网上加热至沸腾．
分批加入8.5g高锰酸钾，继续搅拌约需4～5h，静置发现不再出现分层现象时，停止反应．装置a的作用是将甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率．
写出并配平该反应化学方程式：
+2KMnO₄ $\stackrel{△}{→}$+2 MnO₂↓+H₂O+1KOH
Ⅱ．分离提纯：
（1）除杂．将反应混合物加入一定量亚硫酸氢钠溶液充分反应，此时反应离子方程式为：OH^-+HSO₃^-=SO₃^2-+H₂O、2MnO₄^-+3SO₃^2-+H₂O=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2OH^-．还可用乙二酸或者乙二酸钠有机化合物代替亚硫酸氢钠（填写名称）．
（2）过滤洗涤．其目的是除去二氧化锰并回收二氧化锰表面附着的产品．
（3）苯甲酸生成．合并实验（2）滤液和洗涤液，放在冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化，至苯甲酸全部析出．将析出的苯甲酸减压过滤，得到滤液A和沉淀物B．沉淀物B用少量冷水洗涤，挤压去水分，把制得的苯甲酸放在沸水浴上干燥，得到粗产品C．
（4）粗产品提纯．将粗产品C进一步提纯，可用下列BD操作（填入正确选项前的字母）．
A．萃取分液    B．重结晶    C．蒸馏    D．升华
Ⅲ．产品纯度测定：称取1.220g产品，配成100mL乙醇溶液，移取25.00mL溶液于锥形瓶，滴加2～3滴酚酞；（填写“甲基橙”或“酚酞”）．然后用标准浓度KOH溶液滴定，消耗KOH溶质的物质的量为2.40×10^-3mol．产品中苯甲酸质量分数的计算表达式为$\frac{2.40×1{0}^{-3}×122×4}{1.22}$，计算结果为96.00%（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 I．（1）甲苯不溶于水会分层，反应生成的苯甲酸钾易溶于水；装置a能冷凝回流蒸汽；甲苯与高锰酸钾反应生成苯甲酸钾、二氧化锰、水和氢氧化钾，根据元素守恒配平方程式；
II．（1）亚硫酸氢钠均有还原性，能还原高锰酸钾；
（2）过滤除去难溶性的二氧化锰，趁热过滤可以防止苯甲酸钾结晶析出；
（4）苯甲酸中的杂质为氯化钾，根据二者物理性质的差别分析；
III．苯甲酸与氢氧化钾反应生成苯甲酸钾，苯甲酸钾水解显碱性，应该用酚酞作指示剂；根据氢氧化钾的物质的量求出苯甲酸的物质的量，再求出质量和质量分数；

解答 解：I．（1）甲苯不溶于水会分层，反应生成的苯甲酸钾易溶于水，所以反应后的混合溶液不再分层，说明甲苯完全反应；装置a能冷凝回流水蒸汽、甲苯蒸汽，防止甲苯的挥发而降低产品产率；甲苯与高锰酸钾反应生成苯甲酸钾、二氧化锰、水和氢氧化钾，反应方程式为：+2KMnO₄$\stackrel{加热}{→}$+2MnO₂↓+H₂O+KOH；
故答案为：分层；将甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率；2；2；1KOH；
II．（1）亚硫酸氢钠均有还原性，能还原高锰酸钾生成二氧化锰、硫酸钾和水，其反应的离子方程式为：OH^-+HSO₃^-=SO₃^2-+H₂O、2MnO₄^-+3SO₃^2-+H₂O=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2OH^-，亚硫酸氢钠具有还原性，可以用乙二酸或者乙二酸钠代替，
故答案为：OH^-+HSO₃^-=SO₃^2-+H₂O、2MnO₄^-+3SO₃^2-+H₂O=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2OH^-；乙二酸或者乙二酸钠；
（2）反应后的混合物中含有二氧化锰固体，过滤除去难溶性的二氧化锰，
故答案为：除去二氧化锰并回收二氧化锰表面附着的产品；
（4）苯甲酸中的杂质为氯化钾，苯甲酸易升华，KCl的熔沸点很高，不升华，所以提纯含有氯化钾的苯甲酸可以采用升华的方法；苯甲酸在水中的溶解度受温度影响较大，可以采用重结晶的方法提纯苯甲酸；
故答案为：BD；
III．苯甲酸与氢氧化钾反应生成苯甲酸钾，苯甲酸钾水解显碱性，应该用在碱性条件下变色的指示剂，所以选用酚酞作指示剂；
n（KOH）=cV=0.1000mol•L^-1 ×0.024L=0.0024mol，苯甲酸与氢氧化钾等物质的量恰好反应，则n（苯甲酸）=0.0024mol，
则其总质量为0.0024mol×122g/mol×$\frac{100ml}{25ml}$=1.1712g，所以产品中苯甲酸质量分数为$\frac{2.40×1{0}^{-3}×122×4}{1.22}$=$\frac{1.1712g}{1.22g}$×100%=96.00%，
故答案为：酚酞；$\frac{2.40×1{0}^{-3}×122×4}{1.22}$；96.00%．

点评 本题考查了苯甲酸的制备实验方案设计，侧重于制备实验操作、物质的分离提纯、离子方程式的书写、数据的处理和计算、滴定原理的应用等知识点的考查，清楚制备的原理是解答的关键，题目难度中等．