Question

15．苯甲酸是一种重要的化工原料，某学习小组设计方案制备苯甲酸，合成苯甲酸的原理、一个数据及装置示意图如图甲：

名称	性状	熔点（℃）	沸点（℃）	密度（g/mL）	溶解性
					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	112.4 （100℃左右升华）	248	1.2659	微溶	易溶

注释：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：（1）按如图乙所示以三颈烧瓶为反应器，用30.0mL甲苯和25.0mL 1mol•L^-1高锰酸钾溶液在80℃下反应30min，静置发现不再出现分层现象时，停止反应．装置中a是将甲苯和水冷凝回流，防止甲苯的挥发而降低产品产率．（填进水管或出水管）图中支管的作用是平衡压强，便于甲苯顺利滴入三颈烧瓶．
Ⅱ．分离提纯．
（2）在反应后的混合物中加入一定量亚硫酸氢钠溶液充分反应使紫色褪去，此时反应的离子方程式为2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2H₂O．
（3）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，除杂．产品减压过滤时用冷水洗涤的原因是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，把制得的苯甲酸粗产品进一步提纯，可用下列D操作（填字母）
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．
Ⅲ．产品纯度测定．
（4）称取1.220g产品，配成100mL乙醇溶于，移取25.00mL溶于于锥形瓶中，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，滴定终点溶液的颜色变化是溶液颜色由无色变为浅红色，且30S内不褪色．到达滴定终点时消耗KOH溶液24.00mL（苯甲酸的相对分子质量：122）．产品中苯甲酸质量分数为96.00%．

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；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；
II．（2）亚硫酸氢钠均有还原性，能还原高锰酸钾；
（3）由表中数据可知，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；苯甲酸中的杂质为氯化钾，由表中数据可知苯甲酸易升华，KCl的熔沸点很高，不升华；
III．（4）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；溶液颜色由无色变为浅红色说明滴定到达终点；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；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：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；平衡压强，便于甲苯顺利滴入三颈烧瓶；
II．（2）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↓+3SO₄^2-+2 H₂O；
故答案为：2MnO₄^-+3HSO₃^-+OH^-=2MnO₂↓+3SO₄^2-+2H₂O；
（3）由表中数据可知，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，苯甲酸中的杂质为氯化钾，由表中数据可知苯甲酸易升华，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，故选D，
故答案为：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；D；
III．（4）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，溶液颜色由无色变为浅红色，且30S内不褪色，说明滴定到达终点；
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；溶液颜色由无色变为浅红色，且30S内不褪色；96.00%．

点评 本题考查了苯甲酸的制备实验方案设计，涉及实验现象的判断、装置分析评价、物质的分离提纯、氧化还原反应配平、滴定原理的应用等，清楚制备的原理是解答的关键，题目难度中等．