Question

16．芳香族羧酸通常用芳香烴的氧化來制備．芳香烴的苯環(huán)比較穩(wěn)定，難以氧化，而環(huán)上的支鏈不論長短，在強烈氧化時，最終能氧化成羧基．某同學(xué)用甲苯的氧化反應(yīng)制備苯甲酸．
反應(yīng)原理：（如圖4）
反應(yīng)試劑、產(chǎn)物的物理常數(shù)：

名稱	相對分 子質(zhì)量	性狀	熔點	沸點	密度	溶解度
						水	乙醇	乙醚
甲苯	92	無色液體易燃易揮發(fā)	-95	110.6	0.8669	不溶	易溶	易溶
苯甲酸	122	白色片狀或針狀晶體	122.4	248	1.2659	微溶	易溶	易溶

主要實驗裝置和流程如圖1、2：

實驗方法：一定量的甲苯和KMnO₄溶液置于圖1裝置中，在90℃時，反應(yīng)一段時間，再停止反應(yīng)，按如圖3流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯．
（1）操作Ⅰ所需的玻璃儀器為分液漏斗、燒杯；操作Ⅱ為蒸餾．
（2）如果濾液呈紫色，要先加亞硫酸氫鉀，然后再加入濃鹽酸酸化，加亞硫酸氫鉀的目的是除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，否則用鹽酸酸化時會發(fā)生鹽酸被高錳酸鉀所氧化，產(chǎn)生氯氣．
（3）下列關(guān)于儀器的組裝或者使用正確的是ABD．
A．抽濾可以加快過濾速度，得到較干燥的沉淀
B．安裝電動攪拌器時，攪拌器下端不能與三頸燒瓶底、溫度計等接觸
C．圖1回流攪拌裝置應(yīng)采用直接加熱的方法
D．冷凝管中水的流向是下進上出
（4）除去殘留在苯甲酸中的甲苯應(yīng)先加入NaOH溶液，分液，水層再加入濃鹽酸酸化，然后抽濾，干燥即可得到苯甲酸．
（5）純度測定：稱取1.220g產(chǎn)品，配成100mL溶液，取其中25.00mL溶液，進行滴定，消耗KOH物質(zhì)的量為2.4×10^-3mol．產(chǎn)品中苯甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%．

Answer 1

分析 一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應(yīng)一段時間后停止反應(yīng)，按如圖流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯，苯甲酸能溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液體采用分液方法分離，根據(jù)實驗?zāi)康闹�，從而得到有機層和水層，有機層中含有甲苯、水層中含有苯甲酸，有機層中的甲苯采用蒸餾方法得到無色液體A，A是甲苯，將水層鹽酸酸化再蒸發(fā)濃縮，根據(jù)苯甲酸的溶解度知，得到的固體B是苯甲酸，
（1）將濾液分離得到有機層和水層，可以用分液的方法；分離互溶且沸點不同的液體采用蒸餾方法；
（2）如果濾液呈紫色，說明高錳酸鉀過量，要先加亞硫酸氫鉀，將高錳酸鉀還原，否則濃鹽酸可能被氧化成氯氣；
（3）A．抽濾時，瓶中壓強較小，可以加快過濾速度；
B．為了防止攪拌棒下端打壞三頸燒瓶底或溫度計，因此不能與它們接觸；
C．抽濾結(jié)束后，先斷開真空系統(tǒng)與過濾系統(tǒng)的連接的橡皮管，再關(guān)閉水龍頭；
D．冷凝管中水的流向與蒸汽的流向相反；
（4）甲苯與NaOH不反應(yīng)，苯甲酸與NaOH反應(yīng)生成苯甲酸鈉，分液，苯甲酸鈉溶液中加鹽酸可以制得苯甲酸；
（5）苯甲酸和KOH溶液發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，根據(jù)苯甲酸和KOH之間的關(guān)系式計算苯甲酸的質(zhì)量，從而計算苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應(yīng)一段時間后停止反應(yīng)，按如圖流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯，苯甲酸能溶于水，甲苯不溶于水，互不相溶的液體采用分液方法分離，根據(jù)實驗?zāi)康闹�，從而得到有機層和水層，有機層中含有甲苯、水層中含有苯甲酸，有機層中的甲苯采用蒸餾方法得到無色液體A，A是甲苯，將水層鹽酸酸化再蒸發(fā)濃縮，根據(jù)苯甲酸的溶解度知，得到的固體B是苯甲酸，
（1）將濾液分離得到有機層和水層，可以用分液的方法，所需的玻璃儀器為分液漏斗、燒杯；有機層中物質(zhì)互溶且沸點不同，所以可以采用蒸餾方法分離，則操作II為蒸餾，
故答案為：分液漏斗、燒杯；蒸餾；
（2）如果濾液呈紫色，說明高錳酸鉀過量，要先加亞硫酸氫鉀，除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，否則濃鹽酸酸化時可能被高錳酸鉀氧化成氯氣，
故答案為：除去未反應(yīng)的高錳酸鉀，否則用鹽酸酸化時會發(fā)生鹽酸被高錳酸鉀所氧化，產(chǎn)生氯氣；
（3）A．抽濾時，瓶中壓強較小，可以加快過濾速度，得到較干燥的沉淀，故A正確；
B．為了防止攪拌棒下端打壞三頸燒瓶底或溫度計，因此不能與它們接觸，所以在攪拌時，攪拌棒下端不能與三頸燒瓶底、溫度計等接觸，故B正確；
C．抽濾結(jié)束后，應(yīng)注意先拆下連接抽氣泵和吸濾瓶的橡皮管，然后關(guān)閉水龍頭，以防倒吸，故C錯誤；
D．冷凝管中水的流向與蒸汽的流向相反，則冷凝管中水的流向是下進上出，故D正確；
故答案為：ABD；
（4）除去殘留在苯甲酸中的甲苯應(yīng)先加入，應(yīng)該先加NaOH溶液，甲苯與NaOH不反應(yīng)，苯甲酸與NaOH反應(yīng)生成苯甲酸鈉，分液，苯甲酸鈉溶液中加鹽酸可以制得苯甲酸，
故答案為：NaOH溶液；濃鹽酸酸化；
（5）設(shè)苯甲酸的物質(zhì)的量濃度為x，則25mL苯甲酸溶液中苯甲酸的物質(zhì)的量為0.025xmol，
C₆H₅COOH+KOH→C₆H₅COOK+H₂O
  1mol        1mol
0.025xmol   2.40×10^-3mol
1mol：1mol=0.025xmol：2.40×10^-3mol
則：x=$\frac{2.40×1{0}^{-3}mol×1mol}{1mol×0.025mol}$=0.96，
則100mL苯甲酸中苯甲酸的質(zhì)量=0.096mol/L×0.1L×122g/mol=1.1712g，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{1.1712g}{1.220g}$×100%=96%，
故答案為：96%．

點評 本題考查了實驗方案設(shè)計、混合物的分離和提純，題目難度中等，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，注意掌握根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)選取合適的分離方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>