Question

【题目】苯甲酸是一种重要的化工原料。实验室合成苯甲酸的原理、有关数据及装置示意图如下：

名称	性状	熔点/℃	沸点/℃	密度 /g·cm-3	溶解性
					水	乙醇
甲苯	无色液体易燃易挥发	-95	110.6	0.866 9	不溶	互溶
苯甲酸	白色片状或针状晶体	112.4 (100℃左右升华)	248	1.265 9	微溶	易溶

苯甲酸在水中的溶解度如表中所示：

温度/℃	4	18	75
溶解度/g	0.2	0.3	2.2

某学习小组在实验室制备、分离、提纯苯甲酸，并测定所得样品的纯度，步骤如下：

一、制备苯甲酸

在三颈烧瓶中加入2.7 mL甲苯、100 mL水和2～3片碎瓷片，开动电动搅拌器，a中通入流动水，在石棉网上加热至沸腾，然后分批加入8.5 g高锰酸钾，继续搅拌约4～5 h，直到甲苯层几乎近于消失、回流液不再出现油珠，停止加热和搅拌，静置。

二、分离提纯

在反应混合物中加入一定量草酸(H2C2O4)充分反应，过滤、洗涤，将滤液放在冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化，苯甲酸全部析出后减压过滤，将沉淀物用少量冷水洗涤，挤压去水分后放在沸水浴上干燥，得到粗产品。

三、测定纯度

称取mg产品，配成100 mL乙醇溶液，移取25.00 mL溶液于锥形瓶中，滴加2～3滴酚酞，然后用标准浓度KOH溶液滴定。

请回答下列问题：

(1)装置a的名称是________，其作用为_________________________________。

(2)甲苯被高锰酸钾氧化的原理为+KMnO4+MnO2↓+H2O+ ________，请完成并配平该化学方程式。

(3)分离提纯过程中加入的草酸是一种二元弱酸，反应过程中有酸式盐和无色气体生成。加入草酸的作用是_______________________，请用离子方程式表示反应原理：__________________。

(4)产品减压过滤时用冷水洗涤的原因是_______________________________。

(5)选用下列________(选填字母)操作，可以将粗产品进一步提纯。

A.溶于水后过滤 B.溶于乙醇后蒸馏

C.用甲苯萃取后分液 D.升华

(6)测定纯度步骤中，滴定终点溶液的颜色变化是_________________________。

若m=1.200 g，滴定时用去0.120 0 mol·L-1标准KOH溶液20.00 mL，则所得产品中苯甲酸的质量分数为________。

Answer 1

【答案】(1)球形冷凝管 冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率

(2)1 2 1 2 1 KOH

(3)将过量的高锰酸钾转化为二氧化锰，以便过滤除去 2Mn+3H2C2O42MnO2↓+2HC+4CO2↑+2H2O

(4)苯甲酸在冷水中的溶解度较小，用冷水洗涤可以减少产品的损失

(5)D

(6)溶液由无色变浅红色，且半分钟不褪色 97.6%

【解析】(1)该反应中反应物与产物都易挥发，需要加球形冷凝管进行冷凝回流。

(2)甲苯被氧化为苯甲酸，相当于增加了2个氧原子、去掉了2个氢原子，则化合价升高6，而KMnO4～3e-～MnO2，所以有～2KMnO4，再结合原子守恒配平。

(3)反应混合物中有过量的KMnO4，苯甲酸也溶于水，加入具有还原性的草酸将KMnO4还原为难溶的二氧化锰除去，同时还生成KHCO3和CO2，Mn～3e-～MnO2，H2C2O4～2e-～2CO2↑(或HC)，则根据得失电子守恒有2Mn～3H2C2O4，再结合电荷守恒、原子守恒配平离子方程式。

(4)根据苯甲酸在水中的溶解度知：温度越低，溶解度越小，过滤时损失越少。

(5)注意信息：苯甲酸在100℃升华，将固体加热到100℃升华可得纯净的苯甲酸，其余选项中都会使苯甲酸溶解或不容易分离。

(6)酸溶液中加入酚酞没有明显现象，当显碱性时呈红色。根据反应有n(苯甲酸)=n(KOH)=0.120 0 mol·L-1×20.00 mL×10-3L·mL-1=2.4×10-3mol，m(苯甲酸)=2.4×10-3mol×122 g·mol-1=0.292 8 g，则产品中苯甲酸的质量分数是

0.292 8 g×4÷1.200 g×100%=97.6%。