Question

1．苯甲酸（C₆H₅COOH式量：122，熔點(diǎn)122.4℃，密度為1.2659g•cm^-3）是一種一元有機(jī)弱酸，微溶于水易溶于乙醇．實(shí)驗(yàn)室中由甲苯（式量：92，密度為0.8669g•cm^-3）制備苯甲酸的實(shí)驗(yàn)如下：
第一步：將18.4g甲苯和硫酸酸化的KMnO₄溶液置于如圖的三頸瓶中，加熱保持反應(yīng)物溶液溫度在90℃左右至反應(yīng)結(jié)束．
第二步：將反應(yīng)后混合液過濾，濾液用濃鹽酸酸化，抽濾得粗產(chǎn)品．
第三步：粗產(chǎn)品用水洗滌2到3次，干燥稱量得固體23.4g．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）儀器甲的名稱為溫度計(jì)．
（2）第一步發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為5C₆H₅CH₃+6KMnO₄+9H250₄$\stackrel{90}{→}$5C₆H₅COOH+3K₂SO₄+6MnSO₄+14H₂O．
（3）第二步中抽濾的優(yōu)點(diǎn)是過濾速度快，得到的固體水分少．
（4）第三步證明洗滌干凈的方法是取最后一次的洗滌液中滴加硝酸銀溶液，若無沉徒生成，則說明沉淀洗滌干凈了；干燥的最佳方法是b （填代號(hào)）
a．空氣中自然風(fēng)干b．沸水浴上干燥c．直接加熱干燥
（5）由以上數(shù)據(jù)知苯甲酸的產(chǎn)率為95.9%．
（6）某學(xué)生為測(cè)定苯甲酸的電離平衡常數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：常溫下，將a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，測(cè)得溶液的pH=7，請(qǐng)用含a、b的代數(shù)式表示出苯甲酸的K_a=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$，該溶液中的離子濃度大小關(guān)系為c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)需要保持溫度，儀器甲為溫度計(jì)；
（2）甲苯在硫酸的作用下被高錳酸鉀氧化為苯甲酸，高錳酸鉀被還原為硫酸錳；
（3）抽濾速度快，得到的固體水分少；
（4）產(chǎn)品表面有氯離子，檢驗(yàn)洗滌液中是否混有氯離子即可；沸水浴上干燥；
（5）計(jì)算18.4g甲苯理論上生成的苯甲酸質(zhì)量，再計(jì)算產(chǎn)率；
（6）a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，測(cè)得溶液的pH=7，則c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-），c（K⁺）=$\frac{2}$mol/L，c（C₆H₅COO^-）=$\frac{2}$mol/L，由物料守恒可得c（C₆H₅COOH），由此計(jì)算苯甲酸的K_a．

解答 解：（1）反應(yīng)溫度在90℃左右，儀器甲為溫度計(jì)；
故答案為：溫度計(jì)；
（2）甲苯在硫酸的作用下被高錳酸鉀氧化為苯甲酸，高錳酸鉀被還原為硫酸錳，反應(yīng)為：5C₆H₅CH₃+6KMnO₄+9H250₄$\stackrel{90}{→}$5C₆H₅COOH+3K₂SO₄+6MnSO₄+14H₂O；
故答案為：5C₆H₅CH₃+6KMnO₄+9H250₄$\stackrel{90}{→}$5C₆H₅COOH+3K₂SO₄+6MnSO₄+14H₂O；
（3）抽濾的優(yōu)點(diǎn)是過濾速度快，得到的固體水分少；
故答案為：過濾速度快，得到的固體水分少；
（4）產(chǎn)品表面有氯離子，檢驗(yàn)洗滌液中是否混有氯離子即可，方法我餓：取最后一次的洗滌液中滴加硝酸銀溶液，若無沉徒生成，則說明沉淀洗滌干凈了；沸水浴干燥較快，同時(shí)防止苯甲酸升華變質(zhì)，故用沸水浴上干燥；
故答案為：取最后一次的洗滌液中滴加硝酸銀溶液，若無沉徒生成，則說明沉淀洗滌干凈了；b；
（5）18.4g甲苯物質(zhì)的量為0.2mol，則理論生成的苯甲酸也為0.2mol，質(zhì)量為0.2mol×122g/mol=24.4g，故產(chǎn)率為$\frac{23.4}{24.4}×100%$=95.9%；
故答案為：95.9%；
（6）a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，c（K⁺）=$\frac{2}$mol/L，測(cè)得溶液的pH=7，c（H⁺）=c（OH^-），根據(jù)電荷守恒：c（K⁺）+c（H⁺）=c（C₆H₅COO^-）+c（OH^-），故c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）=$\frac{2}$mol/L＞c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L；
根據(jù)物料守恒：c（C₆H₅COO^-）+c（C₆H₅COOH）=$\frac{a}{2}$mol/L，故c（C₆H₅COOH）=$\frac{a}{2}$mol/L-$\frac{2}$mol/L，則苯甲酸的K_a=$\frac{c（{C}_{6}{H}_{5}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（{C}_{6}{H}_{5}COOH）}$=$\frac{\frac{2}•1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$，
故答案為：$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$； c（K⁺）=c（C₆H₅COO^-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)的制備為背景，涉及實(shí)驗(yàn)操作、物質(zhì)的分離、離子檢驗(yàn)、溶液中的離子平衡等知識(shí)點(diǎn)，注意閱讀題給信息并充分利用信息進(jìn)行解答，難度較大．