Question

9．甲苯（）是一種重要的化工原料，能用于生產(chǎn)苯甲醛（）、苯甲酸（）等產(chǎn)品，下表列出了有關(guān)物質(zhì)的部分物理性質(zhì)，請(qǐng)回答：

名稱(chēng)	性狀	熔點(diǎn)（℃）	沸點(diǎn)（℃）	相對(duì)密度（ρ水=1g/cm3）	溶解性
					水	乙醇
甲苯	無(wú)色液體易燃易揮發(fā)	-95	110.6	0.8660	不溶	互溶
苯甲醛	無(wú)色液體	-26	179	1.0440	微溶	互溶
苯甲酸	白色片狀或針狀晶體	122.1	249	1.2659	微溶	易溶

注：甲苯、苯甲醛、苯甲酸三者互溶．
實(shí)驗(yàn)室可用如圖裝置模擬制備苯甲醛，實(shí)驗(yàn)時(shí)先在三頸瓶中加入0.5g固態(tài)難溶性催化劑，再加入15mL冰醋酸和2mL甲苯，攪拌升溫至70℃，同時(shí)緩慢加入12mL過(guò)氧化氫，在此溫度下攪拌反應(yīng)3小時(shí)．
（1）裝置a的名稱(chēng)是球形冷凝管，主要作用是冷凝回流，防止甲苯揮發(fā)導(dǎo)致產(chǎn)率降低．三頸瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為．此反應(yīng)的原子利用率理論上可達(dá)66.25%．
（2）經(jīng)測(cè)定，反應(yīng)溫度升高時(shí)，甲苯的轉(zhuǎn)化率逐漸增大，但溫度過(guò)高時(shí)，苯甲醛的產(chǎn)量卻有所減少，可能的原因是溫度過(guò)高時(shí)過(guò)氧化氫分解速度加快，實(shí)際參加反應(yīng)的過(guò)氧化氫質(zhì)量減小，影響產(chǎn)量．
（3）反應(yīng)完畢后，反應(yīng)混合液經(jīng)過(guò)自然冷卻至室溫時(shí)，還應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)濾、蒸餾（填操作名稱(chēng)）等操作，才能得到苯甲酸粗產(chǎn)品．
（4）實(shí)驗(yàn)中加入過(guò)量的過(guò)氧化氫并延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間時(shí)，會(huì)使苯甲醛產(chǎn)品中產(chǎn)生較多的苯甲酸．
①若想從混有苯甲酸的苯甲醛中分離出苯甲酸，正確的操作步驟是dacb（按步驟順序填字母）．
a．對(duì)混合液進(jìn)行分液    b．過(guò)濾、洗滌、干燥  
c．水層中加入鹽酸調(diào)節(jié)pH=2  d．與適量碳酸氫鈉溶液混合震蕩
②若對(duì)實(shí)驗(yàn)①中獲得的苯甲酸產(chǎn)品進(jìn)行純度測(cè)定，可稱(chēng)取2.500g產(chǎn)品，溶于200mL乙醇配成溶液，量取所得的乙醇溶液20.00mL于錐形瓶，滴加2～3滴酚酞指示劑，然后用預(yù)先配好的0.1000mo/L KOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KOH溶液18.00mL．產(chǎn)品中苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.84%．下列情況會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏低的是ad（填字母）．
a．滴定時(shí)俯視讀取耗堿量  b．KOH標(biāo)準(zhǔn)液長(zhǎng)時(shí)間接觸空氣 
c．配置KOH標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)仰視定容  d．將酚酞指示劑換為甲基橙溶液．

Answer 1

分析 （1）由儀器a結(jié)構(gòu)可知為球形冷凝管，甲苯揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率降低；
三頸瓶中甲苯被過(guò)氧化氫氧化生成苯甲醛，同時(shí)還生成水；
原子利用率=（預(yù)期產(chǎn)物的總質(zhì)量÷全部反應(yīng)物的總質(zhì)量）×100%；
（2）但溫度過(guò)高時(shí)過(guò)氧化氫分解，實(shí)際參加反應(yīng)的過(guò)氧化氫質(zhì)量減��；
（3）反應(yīng)完畢后，反應(yīng)混合液經(jīng)過(guò)自然冷卻至室溫時(shí)，先過(guò)濾分離固體催化劑，再利用蒸餾的方法分離出苯甲酸；
（4）實(shí)驗(yàn)中加入過(guò)量的過(guò)氧化氫并延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間時(shí)，會(huì)使苯甲醛產(chǎn)品中產(chǎn)生較多的苯甲酸．
①先與碳酸氫鈉反應(yīng)之后為苯甲酸鈉，再分液分離，水層中加入鹽酸得到苯甲酸晶體，最后過(guò)濾分離得到苯甲酸；
②苯甲酸的物質(zhì)的量等于消耗KOH物質(zhì)的量，再計(jì)算產(chǎn)品中苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
a．滴定時(shí)俯視讀取耗堿量，會(huì)使KOH溶液體積讀數(shù)偏��；
b．KOH標(biāo)準(zhǔn)液長(zhǎng)時(shí)間接觸空氣，會(huì)吸收二氧化碳步驟轉(zhuǎn)化為碳酸鉀，導(dǎo)致消耗氫氧化鉀溶液體積偏大；
c．配置KOH標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)仰視定容，液面在刻度線上方，配制標(biāo)準(zhǔn)液的體積偏大、濃度偏小，導(dǎo)致滴定時(shí)消耗KOH溶液體積偏大；
d．將酚酞指示劑換為甲基橙溶液，終點(diǎn)時(shí)溶液呈酸性，消耗氫氧化鉀溶液體積偏�。�

解答 解：（1）由儀器a結(jié)構(gòu)可知為球形冷凝管，甲苯揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率降低，冷凝回流，防止甲苯揮發(fā)導(dǎo)致產(chǎn)率降低；
三頸瓶中甲苯被過(guò)氧化氫氧化生成苯甲醛，同時(shí)還生成水，反應(yīng)方程式為：，此反應(yīng)中原子利用率=$\frac{106}{160}$×100%=66.25%；
故答案為：球形冷凝管；冷凝回流，防止甲苯揮發(fā)導(dǎo)致產(chǎn)率降低；；66.25%；（2）但溫度過(guò)高時(shí)過(guò)氧化氫分解速度加快，實(shí)際參加反應(yīng)的過(guò)氧化氫質(zhì)量減小，苯甲醛的產(chǎn)量卻有所減少，
故答案為：溫度過(guò)高時(shí)過(guò)氧化氫分解速度加快，實(shí)際參加反應(yīng)的過(guò)氧化氫質(zhì)量減小，影響產(chǎn)量；
（3）反應(yīng)完畢后，反應(yīng)混合液經(jīng)過(guò)自然冷卻至室溫時(shí)，先過(guò)濾分離固體催化劑，再利用蒸餾的方法分離出苯甲酸，
故答案為：過(guò)濾、蒸餾；
（4）實(shí)驗(yàn)中加入過(guò)量的過(guò)氧化氫并延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間時(shí)，會(huì)使苯甲醛產(chǎn)品中產(chǎn)生較多的苯甲酸．
①先與碳酸氫鈉反應(yīng)之后為苯甲酸鈉，再分液分離，水層中加入鹽酸得到苯甲酸晶體，最后過(guò)濾分離得到苯甲酸，再洗滌、干燥得到苯甲酸，故正確的操作步驟是：dacb，
故答案為：dacb；
②若對(duì)實(shí)驗(yàn)①中獲得的苯甲酸產(chǎn)品進(jìn)行純度測(cè)定，可稱(chēng)取2.500g產(chǎn)品，溶于200mL乙醇配成溶液，量取所得的乙醇溶液20.00mL于錐形瓶，滴加2～3滴酚酞指示劑，然后用預(yù)先配好的0.1000mo/L KOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KOH溶液18.00mL．
苯甲酸的物質(zhì)的量等于消耗KOH物質(zhì)的量，則2.500g產(chǎn)品中苯甲酸為0.018L×0.1mol/L×$\frac{200mL}{20mL}$×122g/mol=2.196g，產(chǎn)品中苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.196g}{2.5g}$×100%=87.84%；
a．滴定時(shí)俯視讀取耗堿量，會(huì)使KOH溶液體積讀數(shù)偏小，計(jì)算苯甲酸的質(zhì)量偏小，測(cè)定結(jié)果偏低，故a符合；
b．KOH標(biāo)準(zhǔn)液長(zhǎng)時(shí)間接觸空氣，會(huì)吸收二氧化碳步驟轉(zhuǎn)化為碳酸鉀，導(dǎo)致消耗氫氧化鉀溶液體積偏大，測(cè)定結(jié)果偏高，故b不符合；
c．配置KOH標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)仰視定容，液面在刻度線上方，配制標(biāo)準(zhǔn)液的體積偏大、濃度偏小，導(dǎo)致滴定時(shí)消耗KOH溶液體積偏大，測(cè)定結(jié)果偏高，故c不符合；
d．將酚酞指示劑換為甲基橙溶液，終點(diǎn)時(shí)溶液呈酸性，消耗氫氧化鉀溶液體積偏小，測(cè)定結(jié)果偏低，故d符合，
故答案為：87.84%；ad．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有機(jī)物合成實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)的分離提純、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、對(duì)操作的分析評(píng)價(jià)、物質(zhì)含量測(cè)定等，較好的考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用、閱讀獲取信息的能力以及知識(shí)遷移應(yīng)用，難度中等．