Question

11．苯甲酸廣泛應(yīng)用于制藥和化工行業(yè)，某同學(xué)嘗試用甲苯的氧化反應(yīng)制備苯甲酸．
反應(yīng)原理：

實(shí)驗(yàn)方法：一定量的甲苯和KMnO₄溶液在 100℃反應(yīng)一段時(shí)間后停止反應(yīng)，按如下流程分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯．

已知：苯甲酸分子量122，熔點(diǎn) 122.4℃，在 25℃和 95℃時(shí)溶解度分別為0.3g和6.9g；純凈固體有機(jī)物一般都有固定熔點(diǎn)．
（1）操作Ⅰ為分液，操作Ⅱ?yàn)檎麴s．
（2）無(wú)色液體A是甲苯
（3）測(cè)定白色固體B的熔點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其在115℃開始熔化，達(dá)到130℃時(shí)仍有少量不熔．
該同學(xué)推測(cè)白色固體B是苯甲酸與少量KCl的混合物．
①欲從混合物中提純苯甲酸，應(yīng)進(jìn)行的操作是重結(jié)晶，具體過(guò)程包括：加入適量蒸餾水→加熱溶解→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾、洗滌、干燥．
②在①提純過(guò)程中，應(yīng)用冷水對(duì)晶體進(jìn)行洗滌，洗滌的目的是除去晶體表面附著的KCl（雜質(zhì)），提高晶體純度，如何檢驗(yàn)洗滌已經(jīng)完全：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，沒(méi)有白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌完全．
③欲檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)①提純后的固體是否純凈，可以采用的實(shí)驗(yàn)方法是測(cè)定固體熔點(diǎn)，如果固體純凈，對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象是白色晶體在122.4℃左右完全熔化．
（4）將提純后的苯甲酸進(jìn)行核磁共振氫譜分析，可以得到4種峰，峰面積之比為2：2：1：1．

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(shí)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(shí)驗(yàn)?zāi)康闹�，從而得到有機(jī)相和水相，有機(jī)相中含有甲苯、水相中含有苯甲酸，有機(jī)相中的甲苯采用蒸餾方法得到無(wú)色液體A，A是甲苯，將水相鹽酸酸化再蒸發(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）分離互不相溶的液體采用分液方法，分離互溶且沸點(diǎn)不同的液體采用蒸餾方法；
（2）無(wú)色液體A為甲苯能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（3）結(jié)合反應(yīng)化學(xué)方程式中生成的產(chǎn)物和流程中分離步驟分析，白色固體B是苯甲酸與KCl的混合物；依據(jù)苯甲酸熔點(diǎn)122.4℃，在25℃和95℃時(shí)溶解度分別為0.3g和6.9g；先檢驗(yàn)苯甲酸的檢驗(yàn)再檢驗(yàn)氯化鉀的存在，純凈物具有固定的熔沸點(diǎn)，混合物無(wú)固定的熔沸點(diǎn)；
（4）將提純后的苯甲酸進(jìn)行核磁共振氫譜分析，分子中含有四種氫原子，氫原子個(gè)數(shù)之比等于峰面積之比．

解答 解：一定量的甲苯和適量的KMnO₄溶液在100℃反應(yīng)一段時(shí)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(shí)驗(yàn)?zāi)康闹�，從而得到有機(jī)相和水相，有機(jī)相中含有甲苯、水相中含有苯甲酸，有機(jī)相中的甲苯采用蒸餾方法得到無(wú)色液體A，A是甲苯，將水相鹽酸酸化再蒸發(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）分離互不相溶的液體采用分液方法，根據(jù)流程圖中，水相和有機(jī)相不互溶，可以采用分液方法分離，即操作I為分液，有機(jī)相中物質(zhì)互溶且沸點(diǎn)不同，所以可以采用蒸餾方法分離，即操作II為蒸餾，
故答案為：分液；蒸餾；
（2）通過(guò)以上分析知，A是甲苯，故答案為：甲苯；
（3）通過(guò)測(cè)定白色固體B的熔點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其在115℃開始熔化，達(dá)到130℃時(shí)仍有少量不熔，推測(cè)白色固體B是苯甲酸與KCl的混合物，氯化鉀可以用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗(yàn)氯離子的存在；利用苯甲酸的溶解度特征在25℃和95℃時(shí)溶解度分別為0.3g和6.9g；利用不同溫度下的溶解度，分離混合物，得到晶體后通過(guò)測(cè)定熔點(diǎn)判斷是否為苯甲酸；
①欲從混合物中提純苯甲酸，應(yīng)進(jìn)行的操作是將白色固體B加入水中加熱，溶解，冷卻、過(guò)濾，重結(jié)晶，具體過(guò)程包括：加入適量蒸餾水→加熱溶解→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾、洗滌、干燥，故答案為：重結(jié)晶；加熱溶解；冷卻結(jié)晶；
②在①提純過(guò)程中，應(yīng)用冷水對(duì)晶體進(jìn)行洗滌，洗滌的目的是 除去晶體表面附著的KCl（雜質(zhì)），提高晶體純度，檢驗(yàn)洗滌已經(jīng)完全：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，沒(méi)有白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌完全，
故答案為：冷水； 除去晶體表面附著的KCl（雜質(zhì)），提高晶體純度；取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，沒(méi)有白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌完全；
③欲檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)①提純后的固體是否純凈，可以采用的實(shí)驗(yàn)方法是干燥白色晶體，加熱使其融化，測(cè)其熔點(diǎn)，如果固體純凈，對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象是 白色晶體在122.4℃左右完全熔化，
故答案為：測(cè)定固體熔點(diǎn)；白色晶體在122.4℃左右完全熔化；
（4）苯甲酸分子中羧基中含有一個(gè)氫原子，苯環(huán)上含有鄰間對(duì)三種氫原子，鄰位2個(gè)，間位2個(gè)，對(duì)位1個(gè)，將提純后的苯甲酸進(jìn)行核磁共振氫譜分析可以得到4種峰，個(gè)數(shù)之比等于峰面積之比=2：2：1：1
故答案為：4；2：2：1：1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)分析判斷，物質(zhì)分離條件，試劑選擇，操作步驟的理解應(yīng)用，物質(zhì)成分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、步驟、試劑，樣品純度的計(jì)算，注意答題時(shí)從題中獲取有用的信息，題目難度中等．