Question

1．現(xiàn)有苯甲酸、苯酚溶于乙醇所得的混合液，某同學(xué)設(shè)計(jì)方案分離三種物質(zhì)，并檢驗(yàn)其中的某些離子和物質(zhì)．
已知：（1）酸性強(qiáng)弱：HCl＞苯甲酸＞H₂CO₃＞苯酚＞HCO₃^-   
（2）部分物理參數(shù)如下：

	密度 （g•mL-1）	熔點(diǎn) （℃）	沸點(diǎn) （℃）	溶解性
苯甲酸	1.2659	122.13	249	微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑
苯酚	1.07	40.6	181.9	易溶于乙醇、乙醚，65℃以上能與水互溶
乙醇	0.79	-114.3	78.5	與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數(shù)有 機(jī)溶劑

供選擇試劑：10%氫氧化鈉溶液、0.1mol/L鹽酸、0.1mol/LNa₂CO₃、0.1mol/L NaHCO₃、濃溴水、生石灰、0.1mol/L FeCl₃、0.1mol/L BaCl₂、CO₂、0.1mol/L溴水、澄清石灰水
（1）分離物質(zhì)流程如下：

物質(zhì)C是CO₂，操作IV是過濾．
（2）操作III發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)方程式．
（3）混合液2中加入生石灰的原因是生石灰與混合液2中的水反應(yīng)，生成氫氧化鈣溶液，并放出熱量，便于乙醇從混合物中蒸餾出．
（4）該同學(xué)檢驗(yàn)混合液1中是否含有苯酚和NaHCO₃，以證明酸性的強(qiáng)弱．完成下列各步實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論．

實(shí)驗(yàn)步驟	現(xiàn)象和結(jié)論
①取少量混合液1于試管，滴加BaCl2， 振蕩，靜置	產(chǎn)生白色沉淀，BaCO3
②取少量步驟①上層清夜于試管，滴加0.1mol/L鹽酸再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中	澄清石灰水變渾濁 說明混合液1含有HCO3-
③另取少量混合液1于試管，滴加0.1mol/L FeCl3溶液，振蕩	溶液不顯紫色， 說明混合液1不含有酚羥基

（5）稱取2.0g苯甲酸和苯酚的混合固體溶于足量乙醇中，滴加足量飽和NaHCO₃溶液，測(cè)得放出的CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，不考慮CO₂溶于水）為33.6mL，則苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{0.036L}{22.4L/mol}×122g/mol}{2g}$×100%，（只列式，不計(jì)算），結(jié)果為9.2%．（結(jié)果保留1位小數(shù)）（苯甲酸的相對(duì)分子質(zhì)量為122，苯酚相對(duì)分子質(zhì)量為94）

Answer 1

分析 （1）由于酸性強(qiáng)弱：HCl＞苯甲酸＞H₂CO₃＞苯酚＞HCO₃^-，則苯甲酸和苯酚的乙醇溶液與碳酸鈉混合時(shí)，苯甲酸與碳酸鈉反應(yīng)，生成苯甲酸鈉、二氧化碳和水，苯酚與碳酸鈉反應(yīng)生成苯酚鈉和碳酸氫鈉，而乙醇與碳酸鈉都不反應(yīng)；讀圖可得，混合液1的主要成分是苯甲酸鈉、苯酚鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉等物質(zhì)，混合液2的主要成分是乙醇等物質(zhì)；根據(jù)酸性強(qiáng)弱順序，則物質(zhì)C是碳酸或二氧化碳?xì)怏w；
苯酚鈉與碳酸或二氧化碳和水發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成苯酚、碳酸氫鈉，而苯甲酸鈉與碳酸或二氧化碳和水不反應(yīng)，則混合液3的主要成分是苯甲酸鈉和碳酸氫鈉等物質(zhì)；物質(zhì)D是鹽酸或HCl，鹽酸與苯甲酸鈉發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成苯甲酸和氯化鈉，鹽酸與碳酸氫鈉發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成氯化鈉、二氧化碳?xì)怏w和水；由于苯甲酸微溶于水，則鹽酸與苯甲酸鈉反應(yīng)容易形成苯甲酸的過飽和溶液時(shí)，可以析出苯甲酸晶體，從溶液中分離出苯甲酸晶體的操作IV是過濾；
（2）混合液1中含有苯酚鈉，通入二氧化碳?xì)怏w，觀察到溶液變渾濁，根據(jù)酸性H₂CO₃＞苯酚＞HCO₃^-，得出產(chǎn)物為苯酚和碳酸氫鈉，進(jìn)而寫出化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）混合液2的主要成分為乙醇，要收集乙醇，通常采取蒸餾的方法，根據(jù)生石灰與水反應(yīng)有能量的變化，進(jìn)行答題；
（4）混合物1中含有苯酚鈉、苯甲酸鈉、碳酸鈉，碳酸氫鈉等，驗(yàn)證含有苯酚和碳酸氫鈉，檢驗(yàn)苯酚可根據(jù)苯酚與氯化鐵顯色反應(yīng)判斷，檢驗(yàn)碳酸氫鈉，先要檢驗(yàn)碳酸鈉的存在，排除碳酸鈉的干擾，再將碳酸氫根轉(zhuǎn)化為二氧化碳進(jìn)行檢驗(yàn)；
（5）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下二氧化碳?xì)怏w的體積為V=33.6mL，可以計(jì)算二氧化碳的物質(zhì)的量n=$\frac{V}{Vm}$=$\frac{0.0336L}{22.4L/mol}$=0.0015mol，苯甲酸與二氧化碳的物質(zhì)的量之比為1：1，苯甲酸鈉的質(zhì)量m=n×M=0.0015mol×122g/mol═0.183g，已知樣品的質(zhì)量m=2.0g，進(jìn)而求出苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）由物質(zhì)分離的流程圖，可知混合物1中含有苯酚鈉，要制得苯酚，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸（H₂CO₃＞苯酚），需往溶液中通入CO₂氣體，
混合液3中含有苯甲酸鈉；物質(zhì)D是鹽酸或HCl，鹽酸與苯甲酸鈉反應(yīng)生成苯甲酸和氯化鈉，由于苯甲酸微溶于水，則鹽酸與苯甲酸鈉反應(yīng)容易形成苯甲酸的過飽和溶液時(shí)，可以析出苯甲酸晶體，操作IV是過濾，
故答案為：CO₂；過濾；
（2）酸性強(qiáng)弱H₂CO₃＞苯酚＞HCO₃^-，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸，反應(yīng)方程式為，
故答案為：；
（3）混合液2中加入生石灰的原因是生石灰與混合液2中的水反應(yīng)，生成氫氧化鈣溶液，便于乙醇從混合物中蒸餾出來，
故答案為：生石灰與混合液2中的水反應(yīng)，生成氫氧化鈣溶液，便于乙醇從混合物中蒸餾出來；
（4）由于碳酸鈉過量，則混合液1中可能含有苯甲酸鈉、苯酚鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉等物質(zhì)，其中碳酸鈉能干擾碳酸氫鈉的檢驗(yàn)，因此步驟①應(yīng)先取樣，再加入過量0.1mol/L BaCl₂，振蕩，靜置，將碳酸根離子完全沉淀為碳酸鋇，排除碳酸根離子對(duì)碳酸氫根離子的干擾；根據(jù)步驟②中現(xiàn)象和結(jié)論逆推，由于碳酸氫根離子在強(qiáng)酸作用下可以變?yōu)槎�氧化碳�(xì)怏w，說明向步驟①的上層清液中滴加足量0.1mol/L鹽酸，再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，說明溶液1中含有碳酸氫根離子；由于步驟2中加入過量鹽酸可以將苯酚鈉轉(zhuǎn)變?yōu)楸椒�，因此步驟③需要另取混合液1，由于苯酚遇氯化鐵溶液顯紫色，苯酚鈉遇氯化鐵溶液不變色，苯酚遇濃溴水反應(yīng)生成白色沉淀，苯酚鈉遇濃溴水不能產(chǎn)生白色沉淀，因此向樣品中加入0.1mol/L FeCl₃或濃溴水，振蕩，溶液不顯紫色（或不出現(xiàn)白色的沉淀），說明混合液1不含有酚羥基或苯酚，即

實(shí)驗(yàn)步驟	現(xiàn)象和結(jié)論
①取一定量試樣于試管，加入足量0.1mol/L BaCl2	產(chǎn)生白色沉淀，BaCO3
②取少量步驟①上層清夜于試管，滴加足量的 0.1mol/L鹽酸，再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中	有氣體產(chǎn)生，且澄清石灰水變渾濁，證明有HCO3-
②另取少量試樣于試管，滴加少量0.1mol/L  FeCl3溶液（或者少量濃溴水），振蕩	溶液不顯紫色（或不出現(xiàn)白色的沉淀）

故答案為：

實(shí)驗(yàn)步驟	現(xiàn)象和結(jié)論
①取一定量試樣于試管，加入足量0.1mol/L BaCl2	產(chǎn)生白色沉淀，BaCO3
②取少量步驟①上層清夜于試管，滴加足量的 0.1mol/L鹽酸，再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中	有氣體產(chǎn)生，且澄清石灰水變渾濁，證明有HCO3-
②另取少量試樣于試管，滴加少量0.1mol/L  FeCl3溶液（或者少量濃溴水），振蕩	溶液不顯紫色（或不出現(xiàn)白色的沉淀）

；
（5）二氧化碳的物質(zhì)的量n=$\frac{V}{Vm}$=$\frac{0.0336L}{22.4L/mol}$=0.0015mol，再根據(jù)苯甲酸與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)中苯甲酸與二氧化碳的系數(shù)之比為1：1，故苯甲酸的物質(zhì)的量n=0.0015mol，苯甲酸的質(zhì)量m=n×M=0.0015mol×122g/mol=0.183g，混合固體中苯甲酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{m苯甲酸}{m樣品}$×100%=$\frac{\frac{0.036L}{22.4L/mol}×122g/mol}{2g}$×100%=$\frac{0.183g}{2.0g}$≈9.2%，
故答案為：$\frac{\frac{0.036L}{22.4L/mol}×122g/mol}{2g}$×100%；9.2%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查探究實(shí)驗(yàn)及化學(xué)計(jì)算，涉及分離流程圖、復(fù)分解反應(yīng)、除雜試劑的確定、混合物分離和提純、分離提純關(guān)鍵步驟的化學(xué)方程式、解釋除雜試劑的作用、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案除去碳酸氫鈉中混有的碳酸鈉、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)碳酸氫鈉的存在、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)苯酚是否存在、氣體體積、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量、物質(zhì)的量在化學(xué)方程式中的應(yīng)用、摩爾質(zhì)量、苯甲酸的質(zhì)量和純度計(jì)算、有效數(shù)字的處理等．