Question

17．苯甲酸广泛应用于制药和化工行业，某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸．反应原理（如图）：

已知甲苯的熔点为-95°C，沸点为110.6°C，易挥发，密度为0.866g/cm³；苯甲酸的熔点为122.4°C，在25°C和95°C下溶解度分别为0.3g和6.9g．
【制备产品】将30.0mL甲苯和25.0mL1mol/L高锰酸钾溶液在100°C下反应30min，装置如图1所示．
（1）图中冷凝管的进水口为a（填“a”或“b”）．支管的作用是平衡压强，便于甲苯顺利滴入三颈烧瓶．
（2）在本实验中，三颈烧瓶最合适的容积是B（填字母）．
A．50mL  B．100mL  C．200mL  D．250mL
相对于用酒精灯直接加热，用沸水浴加热的优点是便于控制温度和使容器受热均匀．
【分离产品】该同学设计如下流程分离粗产品苯甲酸和回收甲苯（如图2）．
（3）操作Ⅰ的名称是分液；含有杂质的产物经操作Ⅱ进一步提纯得无色液体甲苯，则操作Ⅱ的名称是蒸馏．
（4）测定白色固体的熔点，发现其在115°C开始熔化，达到130°C时仍有少量不熔．该同学推测白色固体是苯甲酸与KCl的混合物，设计了如下方案进行提纯和检验，实验结果表明推测正确，请完成表中内容．

序号	实验方案	实验现象	结论
①	将白色固体加入水中，加热溶解，冷却结晶、过滤．	得到白色晶体和无色溶液	╲
②	取少量滤液于试管中，滴入适量的硝酸酸化的AgNO3溶液．	生成白色沉淀	滤液含Cl-
③	干燥白色晶体，加热使其熔化，测其熔点．	白色晶体在122.4℃左右时完全熔化	白色晶体是苯甲酸

【纯度测定】称取1.220g白色晶体，配成100mL甲醇溶液，取25.00mL溶液，用0.1000mol/LKOH标准溶液滴定，重复滴定四次，每次消耗的体积如下表所示．

	第一次	第二次	第三次	第四次
体积（mL）	24.00	24.10	22.40	23.90

（5）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视则测定结果偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．计算样品中苯甲酸纯度为96%．

Answer 1

分析 （1）根据逆流的冷却的效率高的原理判断，支管连接了恒压滴液漏斗中的液体上、下方，使恒压滴液漏斗中的液体上、下方的压强相等；
（2）本实验中用到的液体体积约为55mL，据此选择三颈烧瓶的规格，沸水浴加热便于控制温度和使容器受热均匀；
（3）依据流程分析混合物分离的实验方法和操作步骤；
（4）结合反应化学方程式中生成的产物和流程中分离步骤分析，白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物；依据苯甲酸熔点122.4℃，在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g；先检验苯甲酸的检验再检验氯化钾的存在；
（5）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视则读取的溶液的体积小于实际用掉的溶液的体积，据此判断；根据苯甲酸纯度=$\frac{苯甲酸的质量}{样品的质量}$×100%计算纯度．

解答 解：（1）根据逆流的冷却的效率高的原理可知，进水口应在冷凝管的下方a处，支管连接了恒压滴液漏斗中的液体上、下方，使恒压滴液漏斗中的液体上、下方的压强相等，便于甲苯顺利滴入三颈烧瓶，
故答案为：a；平衡压强，便于甲苯顺利滴入三颈烧瓶；
（2）本实验中用到的液体体积约为55mL，所以选择100mL的三颈烧瓶，故选B，沸水浴加热便于控制温度和使容器受热均匀，
故答案为：B；便于控制温度和使容器受热均匀；
（3）一定量的甲苯和KMnO₄溶液在100℃反应一段时间后停止反应，按流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯；所以操作Ⅰ是分离出有机相甲苯，用分液方法得到；操作Ⅱ是蒸馏的方法控制甲苯沸点得到纯净的甲苯液体，
故答案为：分液；蒸馏；
（4）通过测定白色固体B的熔点，发现其在115℃开始熔化，达到130℃时仍有少量不熔，推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物，氯化钾可以用硝酸酸化的硝酸银溶液检验氯离子的存在；利用苯甲酸的溶解度特征在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g；利用不同温度下的溶解度，分离混合物，得到晶体后通过测定熔点判断是否为苯甲酸，所以实验方案及现象为：

序号	实验方案	实验现象	结论
①	将白色固体B加入水中，加热，溶解，冷却结晶、过滤	得到白色晶体和无色溶液
②	取少量滤液于试管中，滴入适量的硝酸酸化的AgNO3溶液	生成白色沉淀	滤液含有Cl-
③	干燥白色晶体，加热使其熔化，测其熔点；	白色晶体在122.4℃左右时完全熔化	白色晶体是苯甲酸

故答案为：①冷却结晶、过滤；②滴入适量的硝酸酸化的AgNO₃溶液；③加热使其熔化，测其熔点；白色晶体在122.4℃左右时完全熔化；
（5）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视则读取的溶液的体积小于实际用掉的溶液的体积，所以测定结果偏小；苯甲酸纯度=$\frac{苯甲酸的质量}{样品的质量}$×100%=$\frac{2.4×10{\;}^{-3}mol×4×122g/mol}{1.22g}$×100%=96%，
故答案为：偏小；96%．

点评 本题考查了物质性质的实验原理的分析判断，物质分离条件，试剂选择，操作步骤的理解应用，物质成分的实验设计方案、步骤、试剂，样品纯度的计算，题目难度中等．