题目内容

18．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：$→_{△}^{KMnO_{4}}$$\stackrel{HCl}{→}$
反应试剂、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-95110.60.8669不溶互溶
苯甲酸白色片状或针状晶体122.4[1]2481.2659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三颈烧瓶中放入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．从冷
凝管上口分批加入8.5g高锰酸钾（加完后用少量水冲洗冷凝管内壁），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：

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使紫色褪去，此时反应的离子方程式为2MnO4-+3HSO3-+OH-=2MnO2↓+3SO42-+2 H2O．
（2）趁热过滤、热水洗涤．趁热过滤目的是除去二氧化锰并防止苯甲酸钾结晶析出造成损失．
（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0.1000mol•L-1KOH溶液滴定，到达滴定终点时消耗KOH溶液24.00mL．产品中苯甲酸质量分数为96.00%．

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$\stackrel{△}{→}$+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：2MnO4-+3HSO3-+OH-=2MnO2↓+3SO42-+2 H2O；
故答案为：2MnO4-+3HSO3-+OH-=2MnO2↓+3SO42-+2 H2O；
（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，苯甲酸钾的溶解度随着温度的降低而减小，所以趁热过滤可以防止苯甲酸钾结晶析出，
故答案为：除去二氧化锰并防止苯甲酸钾结晶析出造成损失；
（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$\frac{1.1712g}{1.22g}$×100%=96.00%，
故答案为：酚酞；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．

练习册系列答案
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3．A、B、C、D、E、F六种物质含有同一种元素，六种物质的相互转化关系如下，E是淡黄色粉末，判断：

写出有关反应的化学方程式（是离子反应的直接写出离子方程式）
B→C：2OH-+CO2=CO32-+H2O；  E→B：2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑；
C→F：CO32-+H2O+CO2=2HCO3-；  F→C：2NaHCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2CO3+CO2↑+H2O．
4．H+、Na+、Ba2+、Al3+、OH-、HCO3-、Cl-七种离子中的两种可以形成甲、乙、丙、丁四种化合物，它们之间可以发生如图转化关系（产物H2O未标出），下列说法不正确的是（　　）
A．溶液乙一定为AlCl3溶液
B．溶液丙与I-、NO3-、SO42-、K+一定可以大量共存
C．在甲中加丁可能发生反应的离子方程式：HCO3-+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2O
D．白色沉淀A可能溶解在溶液D中
6．已知25℃时，Ksp（FeS）=8.1×10-17，试求FeS的溶解度（要求有计算过程Fe-56，S-32）．
13．PbI2常用于生产新型敏化太阳能电池的敏化剂．工业上，用废铅块为原料合成PbI2的流程如图1下：

请回答下列问题：
（1）将铅块制成铅花的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率；制备硝酸铅（或醋酸铅）时，需要加热，但温度不宜过高，其原因是温度过高，导致HNO3挥发分解、CH3COOH挥发．
（2）写出铅花溶于5mol•L-1硝酸的化学方程式3Pb+8HNO3=3Pb（NO3）2+2NO↑+4H2O；制备硝酸铅时不用14mol•L-1硝酸与铅花反应，其原因是含等物质的量HNO3时，浓硝酸溶解的铅较少，且放出的污染气体较多．
（3）取一定量（CH3COO）2Pb•n H2O样品在N2气氛中加热，测得样品固体残留率（$\frac{固体样品的剩余质量}{固体样品的起始质量}$×100%）随温度的变化如图2所示（已知：样品在75℃时已完全失去结晶水）．
①（CH3COO）2Pb•nH2O在0～75℃反应的化学方程式为（CH3COO）2Pb•3H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CH3COO）2Pb+3H2O．
②100～200℃间分解产物为铅的氧化物和一种有机物．写出这个温度区间内反应的化学方程式（CH3COO）2Pb $\frac{\underline{\;100～200℃\;}}{\;}$PbO+（CH3CO）2O．
（4）已知常温下，Ksp（PbI2）=4.0×10-9
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10．某温度下已知反应mX（g）+nY（g）?qZ（g）△H=+Q kJ•mol-1（Q＞0），下列叙述正确的是（　　）
A．在一定条件下向容器中放入m molX和n mol Y，充分反应吸收Q kJ的能量
B．反应达到最大限度时，加入X，反应的△H增大
C．反应速率υ正（X）=$\frac{m}{n}$υ正（Y）
D．降低温度，反应的速率值变大
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A．9.3B．9.7C．10.3D．10.7

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