Question

14．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．下表列出了有關物質(zhì)的部分物理性質(zhì)，請回答：

稱	性狀	熔點（℃）	沸點（℃）	相對密度（ρ水=1g/cm3）	溶解性
					水	乙醇
甲苯	無色液體易燃易揮發(fā)	-95	110.6	0.8660	不溶	互溶
苯甲醛	無色液體	-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；   酸性：苯甲酸＞醋酸
實驗室可用如圖裝置模擬制備苯甲醛．實驗時先在三頸瓶中加入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℃，同時緩慢加入12mL過氧化氫，在此溫度下攪拌反應3小時．
（1）裝置a的名稱是球形冷凝管，主要作用是冷凝回流，防止甲苯的揮發(fā)而降低產(chǎn)品產(chǎn)率．三頸瓶中發(fā)生反應的化學方程式為，此反應的原子利用率理論上可達66.25%．
（2）經(jīng)測定，反應溫度升高時，甲苯的轉化率逐漸增大，但溫度過高時，苯甲醛的產(chǎn)量卻有所減少，可能的原因是H₂O₂在較高溫度時分解速度加快，使實際參加反應的H₂O₂減少，影響產(chǎn)量．
（3）反應完畢后，反應混合液經(jīng)過自然冷卻至室溫時，還應經(jīng)過過濾、蒸餾（填操作名稱）等操作，才能得到苯甲醛粗產(chǎn)品．
（4）實驗中加入過量的過氧化氫并延長反應時間時，會使苯甲醛產(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．對混合液進行分液                 b．過濾、洗滌、干燥
c．水層中加人鹽酸調(diào)節(jié)pH=2         d．與適量碳酸氫鈉溶液混合震蕩
②若對實驗①中獲得的苯甲酸產(chǎn)品進行純度測定，可稱取1.200g產(chǎn)品，溶于100mL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，然后用預先配好的0.1000moL/L KOH標準液滴定，到達滴定終點時消耗KOH溶液18.00mL．產(chǎn)品中苯甲酸的質(zhì)量分數(shù)為91.50%．
③下列情況會使測定結果偏低的是ad（填字母）．
a．滴定終點時俯視讀取耗堿量             b．KOH標準液長時間接觸空氣
c．配置KOH標準液時仰視定容            d．將酚酞指示劑換為甲基橙溶液．

Answer 1

分析 （1）由儀器a結構可知為球形冷凝管，甲苯揮發(fā)會導致產(chǎn)率降低；三頸瓶中甲苯被過氧化氫氧化生成苯甲醛，同時還生成水；原子利用率=（預期產(chǎn)物的總質(zhì)量÷全部反應物的總質(zhì)量）×100%；
（2）溫度過高時過氧化氫分解，實際參加反應的過氧化氫質(zhì)量減小，影響產(chǎn)量；
（3）反應完畢后，反應混合液經(jīng)過自然冷卻至室溫時，先過濾分離固體催化劑，再利用蒸餾的方法分離出苯甲酸；
（4）實驗中加入過量的過氧化氫并延長反應時間時，會使苯甲醛產(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，再計算產(chǎn)品中苯甲酸的質(zhì)量分數(shù)；
③a．滴定時俯視讀取耗堿量，會使KOH溶液體積讀數(shù)偏��；
b．KOH標準液長時間接觸空氣，會吸收二氧化碳步驟轉化為碳酸鉀，導致消耗氫氧化鉀溶液體積偏大；
c．配置KOH標準液時仰視定容，液面在刻度線上方，配制標準液的體積偏大、濃度偏小，導致滴定時消耗KOH溶液體積偏大；
d．將酚酞指示劑換為甲基橙溶液，終點時溶液呈酸性，消耗氫氧化鉀溶液體積偏�。�

解答 解：（1）儀器a具有球形特征的冷凝管，名稱為為球形冷凝管，甲苯揮發(fā)會導致產(chǎn)率降低，冷凝回流，防止甲苯揮發(fā)導致產(chǎn)率降低；三頸瓶中甲苯被過氧化氫氧化生成苯甲醛，同時還生成水，反應方程式為：，此反應中原子利用率=$\frac{106}{160}$×100%=66.25%；
故答案為：球形冷凝管；冷凝回流，防止甲苯的揮發(fā)而降低產(chǎn)品產(chǎn)率；；66.25%；

（2）但溫度過高時過氧化氫分解速度加快，實際參加反應的過氧化氫質(zhì)量減小，苯甲醛的產(chǎn)量卻有所減少，
故答案為：溫度過高時過氧化氫分解速度加快，實際參加反應的過氧化氫質(zhì)量減小，影響產(chǎn)量；
（3）反應完畢后，反應混合液經(jīng)過自然冷卻至室溫時，先過濾分離固體催化劑，再利用蒸餾的方法分離出苯甲酸，
故答案為：過濾、蒸餾；
（4）實驗中加入過量的過氧化氫并延長反應時間時，會使苯甲醛產(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若對實驗①中獲得的苯甲酸產(chǎn)品進行純度測定，可稱取1.2g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，然后用預先配好的0.1000mo/L KOH標準液滴定，到達滴定終點時消耗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×$\frac{100}{20}$×122g/mol=1.098g，產(chǎn)品中苯甲酸的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{1.098g}{1.2g}$×100%=91.50%；
故答案為：91.50%；
③a．滴定時俯視讀取耗堿量，會使KOH溶液體積讀數(shù)偏小，計算苯甲酸的質(zhì)量偏小，測定結果偏低，故a符合；
b．KOH標準液長時間接觸空氣，會吸收二氧化碳步驟轉化為碳酸鉀，導致消耗氫氧化鉀溶液體積偏大，測定結果偏高，故b不符合；
c．配置KOH標準液時仰視定容，液面在刻度線上方，配制標準液的體積偏大、濃度偏小，導致滴定時消耗KOH溶液體積偏大，測定結果偏高，故c不符合；
d．將酚酞指示劑換為甲基橙溶液，終點時溶液呈酸性，消耗氫氧化鉀溶液體積偏小，測定結果偏低，故d符合，
故答案為：ad．

點評 本題考查有機物合成實驗、物質(zhì)的分離提純、實驗方案設計、對操作的分析評價、物質(zhì)含量測定等，較好的考查學生對數(shù)據(jù)的應用、閱讀獲取信息的能力以及知識遷移應用，難度中等．