Question

苯甲酸(C₆H₅COOH式量：122，熔点122．4℃，密度为1.2659g·cm^-3)是一种一元有机弱酸，微溶于水易溶于乙醇。实验室中由甲苯(式量：92，密度为0.8669 g·cm^-3)制备苯甲酸的实验如下：

第一步：将18.4g甲苯和硫酸酸化的KMnO₄溶液置于如图的三颈瓶中，加热保持反应物溶液温度在90℃左右至反应结束。

第二步：将反应后混合液过滤，滤液用浓盐酸酸化，抽滤得粗产品。

第三步：粗产品用水洗涤2到3次，干燥称量得固体23.4g。

请回答下列问题：

(1)仪器甲的名称为_________________。

(2)第一步发生反应的化学方程式为____________________________。

(3)第二步中抽滤的优点是____________________________________。

(4)第三步证明洗涤干净的方法是_________________________________；

干燥的最佳方法是________ (填代号)

a.空气中自然风干b．沸水浴上干燥c．直接加热干燥

(5)由以上数据知苯甲酸的产率为_____________。

(6)某学生为测定苯甲酸的电离平衡常数设计实验如下：常温下，将a mol苯甲酸和b mol KOH混合加水形成2L溶液，测得溶液的pH=7，请用含a、b的代数式表示出苯甲酸的Ka=____________，该溶液中的离子浓度大小关系为____________________。

Answer

温度计 5C6H5CH3+6KMnO4+9H2SO4→5C6H5COOH+3K2SO4+6MnSO4+14H2O 过滤速度快，得到的固体水分少 取最后一次的洗涤液中滴加硝酸银溶液，若无沉徒生成，则说明沉淀洗涤干净了 b 96％或9-9% b×10-7/(a-b) c(K+)=c(C6H5COO-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】(1)根据仪器构造可知仪器甲的名称为温度计。(2)第一步发生的反应是甲苯被氧化物苯甲酸，反应的化学方程式为5C6H5CH3+6KMnO4+9H2SO4→5C6H5COOH+3K2SO4+6MnSO4+14H2O。(3)第二步中抽滤的优点是过滤速度快，得到的固体水分少。(4)由于第二步中用浓盐酸酸性，因此可以通过检验氯离子来判断第三步证明洗涤是否干净，方法是取最后一次的洗涤液中滴加硝酸银溶液，若无沉徒生成，则说明沉淀洗涤干净了；苯甲酸的熔点超过100℃，为了加快干燥过程，减少损耗，干燥的最佳方法是沸水浴上干燥，答案选b；(5) 18.4g甲苯的物质的量是0.2mol，理论上生成苯甲酸是0.2mol，质量是0.2mol×122g/mol＝24.4g，因此苯甲酸的产率为23.4g/24.4g×100%＝96%。(6)根据物料守恒可知溶液中c(C6H5COO-)＋c(C6H5COOH)＝0.5a，苯甲酸钾是bmol，则c(C6H5COO-)＝0.5bmol，所以苯甲酸的Ka=＝b×10-7/(a-b)；

根据电荷守恒可知该溶液中的离子浓度大小关系为c(K+)=c(C6H5COO-)>c(H+)=c(OH-)。