题目内容

14.苯甲酸(无色针状晶体,熔点122.4℃)可广泛用于医药、染料载体、香料等,实验室用甲苯和高锰酸钾制备苯甲酸.反应方程式如图1:

已知有关化合物的相关数据如表所示:
化合物相对分子质量密度(g•cm-3)溶解性沸点(℃)

甲苯
920.87难溶于水110.0
苯甲酸钾160-易溶于水-
苯甲酸1221.26微溶于水248.0
苯甲酸在100g水中的溶解度:0.18g(4℃),0.27g(18℃),2.2g(75℃).
合成:如图2(固定及加热装置略去)所示,在三颈烧瓶中加入4.23mL甲苯和100mL蒸馏水,瓶口装上温度计、电动搅拌器、冷凝管,慢慢开启电动搅拌器,加热至沸腾.经冷凝管上口分批加入21.30g高锰酸钾(过量),继续煮沸至甲苯层消失,回流液中不再出现油珠为止,得到反应混合物.
对反应混合物进行分离:①趁热过滤→②洗涤滤渣→③合并滤液和洗涤液→④冷却→⑤盐酸酸化→⑥过滤.
对粗产品苯甲酸进行提纯:①沸水溶解→②活性炭脱色→③趁热过滤→④冷却结晶→⑤过滤→⑥洗涤→⑦干燥.
请回答下列有关问题:
(1)实验中准确量取4.23mL甲苯所需仪器为酸式滴定管.
(2)冷凝管的上口是否需要塞上塞子否(填“是”或“否”),a处水流方向是进水(填“进水”或“出水”).
(3)高锰酸钾需要分批加入,请用化学反应速率观点说明理由避免反应过快,使反应液从回流管上端喷.
(4)在对粗产品苯甲酸进行提纯过程中,“③趁热过滤”的目的是除去活性炭,减少苯甲酸结晶析出;“④”的操作名称是冷却结晶;可证明“⑥洗涤”步骤已洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液,加入用HNO3酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀生成,说明沉淀已洗涤干净.
(5)干燥后称量得苯甲酸2.93g,则苯甲酸的产率为60%.

分析 利用甲苯和高锰酸钾制备苯甲酸,具体操作是先在反应容器内得到反应混合物,经过:①趁热过滤→②洗涤滤渣→③合并滤液和洗涤液→④冷却→⑤盐酸酸化→⑥过滤的分离操作得到粗产品,再通过溶解、脱色、趁热过滤、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作得到精品,据此分析;
(1)橡胶易溶于甲苯,不能利用碱式滴定管量取;
(2)冷凝管的上口不能密封,要内外相通,冷却水应下进上出,冷水在冷凝管中的时间长;
(3)高锰酸钾需要分批加入,减小反应速率;
(4)由表格数据可知,温度高苯甲酸的溶解度大;取最后一次的洗涤液,检验无氯离子,可说明洗涤干净;
(5)加入4.23mL甲苯,理论上得到苯甲酸为$\frac{4.23×0.87}{92}$mol×122g/mol=4.88g,以此计算产率.

解答 解:利用甲苯和高锰酸钾制备苯甲酸,具体操作是先在反应容器内得到反应混合物,经过:①趁热过滤→②洗涤滤渣→③合并滤液和洗涤液→④冷却→⑤盐酸酸化→⑥过滤的分离操作得到粗产品,再通过溶解、脱色、趁热过滤、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作得到精品,据此解题;
(1)橡胶易溶于甲苯,不能利用碱式滴定管量取,则实验中准确量取4.23mL甲苯所需仪器为酸式滴定管,故答案为:酸式滴定管;
(2)冷凝管的上口不需要塞上塞子,a处水流方向是进水,故答案为:否;进水;
(3)高锰酸钾需要分批加入,用化学反应速率观点说明理由为避免反应过快,使反应液从回流管上端喷,故答案为:避免反应过快,使反应液从回流管上端喷;
(4)由表格数据可知,温度高苯甲酸的溶解度大,在对粗产品苯甲酸进行提纯过程中,“③趁热过滤”的目的是除去活性炭,减少苯甲酸结晶析出;“④”的操作名称是 冷却结晶;可证明“⑥洗涤”步骤已洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液,加入用HNO3酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀生成,说明沉淀已洗涤干净,
故答案为:除去活性炭,减少苯甲酸结晶析出;冷却结晶;取最后一次洗涤液,加入用HNO3酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀生成,说明沉淀已洗涤干净;
(5)加入4.23mL甲苯,理论上得到苯甲酸为$\frac{4.23×0.87}{92}$mol×122g/mol=4.88g,则苯甲酸的产率为$\frac{2.93g}{4.88g}$×100%=60%,故答案为:60%.

点评 本题考查有机物的制备实验,为高频考点,把握制备实验原理、实验技能、混合物分离提纯等为解答的关键,侧重分析与实验能力的考查,题目难度不大.

练习册系列答案
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9.实验室常用苯甲醛在浓氢氧化钠溶液中制备苯甲醇和苯甲酸,反应式如下:
2+NaOH→+
+HCl→
已知:
①苯甲酸在水中的溶解度为:0.18g(4℃)、0.34g(25℃)、0.95g(60℃)、6.8g(95℃).
②乙醚沸点34.6℃,密度0.7138,易燃烧,当空气中含量为1.83~48.0%时易发生爆炸.
③石蜡油沸点高于250℃

实验步骤如下:
①向图1所示装置中加入8g氢氧化钠和30mL水,搅拌溶解.稍冷,加入10mL苯甲醛.开启搅拌器,调整转速,使搅拌平稳进行.加热回流约40min.
②停止加热,从球形冷凝管上口缓缓加入冷水20mL,摇动均匀,冷却至室温.反应物冷却至室温后,用乙醚萃取三次,每次10mL.水层保留待用.合并三次萃取液,依次用5mL饱和亚硫酸氢钠溶液洗涤,10mL 10%碳酸钠溶液洗涤,10mL水洗涤,分液水层弃去所得醚层进行实验③.
③将分出的醚层,倒入干燥的锥形瓶,加无水硫酸镁,注意锥形瓶上要加塞.将锥形瓶中溶液转入图2 所示蒸馏装置,先缓缓加热,蒸出乙醚;蒸出乙醚后必需改变加热方式,升温至140℃时应对水冷凝管冷凝方法调整,继续升高温度并收集203℃~205℃的馏分得产品A.
④实验步骤②中保留待用水层慢慢地加入到盛有30mL浓盐酸和30mL水的混合物中,同时用玻璃棒搅拌,析出白色固体.冷却,抽滤,得到粗产品,然后提纯得产品B.
根据以上步骤回答下列问题:
(1)步骤②萃取时用到的玻璃仪器除了烧杯、玻璃棒外,还需分液漏斗(仪器名称),实验前对该仪器进行检漏操作,方法是向分液漏斗加少量水,检查旋塞芯外是否漏水,将漏斗倒转过来,检查玻璃塞是否漏水,待确认不漏水后方可使用.
(2)饱和亚硫酸氢钠溶液洗涤是为了除去未反应完的苯甲醛,而用碳酸钠溶液洗涤是为了除去醚层中极少量的苯甲酸.醚层中少量的苯甲酸是从水层转移过来的,请用离子方程式说明其产生原因.
(3)步骤③中无水硫酸镁是干燥(吸收水分)剂;产品A为苯甲醇
(4)蒸馏除乙醚的过程中采用的加热方式为水浴加热;蒸馏得产品A加热方式是石蜡油油浴加热;蒸馏温度高于140℃时应改用改用空气冷凝管冷凝.
(5)提纯产品B 所用到的实验操作为重结晶.
19.工业含铬废水的处理原理是将Cr2O72-转化为Cr3+,再将Cr3+转化为沉淀.利用硫酸工业废气中的SO2处理含铬废水,既充分利用资源、以废治废,还能节约生产成本.
(1)工业上处理100L Cr2O72-含量为108mg•L-1的含铬废水,至少需要3.36L(标准状况)SO2.
(2)已知:Ksp[Cr(OH)3]=1×10-30.室温下,除去被SO2还原所得溶液中的Cr3+(使其浓度小于1×10-6 mol•L-1),需调节溶液pH>6.
(3)三价铬Cr(Ⅲ)与双氧水反应可用于合成铬黄(PbCrO4).控制其他条件不变,调节反应温度,考察反应温度对Cr(Ⅲ)转化率的影响(如图所示).温度超过70℃时,Cr(Ⅲ)转化率下降的原因是较高温度下双氧水分解.
(4)光照下,草酸(H2C2O4)也能将Cr2O72-转化为Cr3+.化学式为Al2Fe(SO4)4的某发盐(毛发状,在空气中能被氧化)对该反应具有催化作用.为确定一瓶久置发盐的化学成分,学习小组进行如下实验:
取一定质量的发盐样品溶于足量的稀硫酸中,将溶液分为两等份.其中一份与酸性KMnO4溶液充分反应(反应后MnO4-被还原成Mn2+),消耗浓度为0.4000mol•L-1的KMnO4溶液20.00mL;往另一份溶液中加入足量稀氨水,在空气中微热并搅拌使之充分反应,待沉淀不再变化后过滤,将沉淀洗涤并充分灼烧后称量,得9.100g干燥固体粉末.
通过计算与合理猜想,推测该久置发盐的可能化学组成(请给出计算过程与推测理由).
6.根据所学实验知识,完成下列空白.
(Ⅰ)图中三套的装置均能用于探讨化学反应中热量变化

(1)装置1适用于探究明显吸热的反应,例如2NH4Cl+Ca(OH)2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O(用化学方程式表示),反应过程中断裂的化学键有AB(填选项)
A.离子键       B.极性共价键   C.非极性共价键
(2)装置2既适用于放热反应(或过程)的探究,也适用于吸热反应(或过程)的探究.若在装置2中完成金属铝与NaOH溶液的反应,则右侧U形管内的液面C(填选项)
A.两边一样高      B.左高右低       C.右高左低       D.高低不确定
(3)装置3可用于定量测定中和热,其中a仪器的名称为环形玻璃搅拌棒,通过实验获得如下数据,则中和热△H=-56.8kJ•mol-1(计算结果保留一位小数)
实验试剂及用量溶液温度
t1t2
①50mL0.55mol•L-1NaOH50mL.0.5mol•L-1HCl20℃23.3℃
②50mL0.55mol•L-1NaOH50mL.0.5mol•L-1HCl20℃23.5℃
③50mL0.55mol•L-1NaOH50mL.0.5mol•L-1HCl20℃24.5℃
(已知t1为NaOH和HCl起始温度平均值,t2为终止温度.反应后溶液的比热容C为4.18kJ•℃-1•Kg-1,各溶液的密度均为1g•cm-3.).下列关于该实验的说法正确的是AF.
A.该实验中酸碱的浓度不宜太大也不宜太小
B.可以用铜丝代替a仪器
C.量取酸溶液时视线俯视,将使测得的中和热的数值偏高
D.其他条件不变,将酸溶液体积调整为40ml,将使测得的中和热的数值偏高
E.向盛装酸的烧杯中加碱时要小心缓慢
F.测了酸后的温度计要用水清洗后再测碱的温度.

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