Question

【題目】對(duì)硝基苯甲酸（）是一種廣泛用于醫(yī)藥、染料、感光材料等的重要精細(xì)化工中間體。工業(yè)上以對(duì)硝基甲苯（）、Cr（SO）3等物質(zhì)為主要原料，通過間接電合成法制備對(duì)硝基苯甲酸，生產(chǎn)工藝流程如下：

已知：①對(duì)硝基甲苯：黃色晶體，熔點(diǎn)為51.7℃，沸點(diǎn)為238.5℃，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿和苯。②對(duì)硝基苯甲酸：黃色晶體，熔點(diǎn)為242℃，沸點(diǎn)為359℃，微溶于水，溶于乙醇，能升華。

回答下列問題：

（1）電解制備Cr2O72－:用H型隔膜電解槽電解制備Cr2O72－，裝置如下圖1所示。外接電源的負(fù)極為__（填“A”或“B”），反應(yīng)II的離子方程式為_______。

（2）氧化制備對(duì)硝基苯甲酸:用上圖2所示裝置制備對(duì)硝基苯甲酸，具體過程如下：

步驟1：向250 mL三頸燒瓶中依次加入一定量含Cr2O72－的電解液、對(duì)硝基甲苯，攪拌、水浴升溫到設(shè)定溫度，恒溫下進(jìn)行反應(yīng)，直至反應(yīng)液由棕紅色變?yōu)槟�綠色時(shí)為止。

步驟2：待反應(yīng)混合物冷卻至室溫后，與適量冰水充分混合，抽濾。濾液返回電解槽中重新電解。

步驟3：把步驟2中抽濾所得固體溶于5%的熱NaOH溶液中（約60℃），待溫度降到50℃時(shí)，抽濾，向?yàn)V液中加入過量2 mol/L H2SO4，析出黃色沉淀，再抽濾，并用冷水洗滌，然后在低于80℃的條件下烘干，可得粗產(chǎn)品。

①儀器X的名稱是_____，冷卻水應(yīng)從___口進(jìn)入（填“a”或“b”）。

②步驟2中，抽濾所得固體的主要成分是_____。

③步驟3中，用NaOH溶液處理后，需待溫度降到50℃時(shí)進(jìn)行抽濾的原因是______。

④制得的粗產(chǎn)品需要進(jìn)一步純化，根據(jù)對(duì)硝基苯甲酸的有關(guān)性質(zhì)可知，對(duì)其進(jìn)行純化還可以采用_____法完成。

⑤該合成技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了____（填化學(xué)式）的循環(huán)利用，綠色環(huán)保。

（3）測(cè)定對(duì)硝基苯甲酸的純度:稱取1.670 g粗產(chǎn)品，配成100 mL溶液，取25.00 mL溶液，用0.1000 mol·L－1 KOH溶液滴定，重復(fù)滴定四次，每次消耗KOH溶液的體積如下表所示。已知：對(duì)硝基苯甲酸的摩爾質(zhì)量為167.0 g·mol－1，則對(duì)硝基苯甲酸的純度為_____。

	第一次	第二次	第三次	第四次
體積( mL)	23.00	23.10	21.40	22.90

Answer 1

【答案】A 3S2O82-+2Cr3++7H2O=6SO42-+Cr2O72-+14H+ 冷凝管 b 對(duì)硝基苯甲酸 使未反應(yīng)的對(duì)硝基甲苯凝固析出 升華 Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、H2SO4 92.00%

【解析】

用圖1裝置電解Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、H2SO4的混合液，獲得Cr2O72－的電解液，其中陽極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，然后將含Cr2O72－的電解液濃縮并加硫酸酸化，再在氧化裝置內(nèi)將對(duì)硝基甲苯氧化為對(duì)硝基苯甲酸，將反應(yīng)混合物冷卻至室溫后，與適量冰水充分混合，抽濾，所得所得固體溶于5%的熱NaOH溶液中(約60℃)，待溫度降到50℃時(shí)，抽濾，向?yàn)V液中加入過量2 mol/L H2SO4，析出黃色沉淀，再抽濾，并用冷水洗滌，然后在低于80℃的條件下烘干，可得對(duì)硝基苯甲酸粗產(chǎn)品，據(jù)此分析解題。

(1)電解槽中陽極周圍陰離子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ是SO42-氧化為S2O82-，則右側(cè)電極為陽極，B為外接電源正極，A為外接電源的負(fù)極；反應(yīng)II是S2O82-氧化Cr3+生成Cr2O72－，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3S2O82-+2Cr3++7H2O=6SO42-+Cr2O72-+14H+；

(2)①儀器X的名稱是冷凝管，冷卻水的水流方向應(yīng)與蒸氣流向相反，則應(yīng)從b口進(jìn)入冷水；

②步驟1中反應(yīng)液由棕紅色變?yōu)槟�綠色時(shí)，說明有對(duì)硝基苯甲酸生成，則步驟2經(jīng)冷卻后，經(jīng)抽濾所得固體的主要成分是對(duì)硝基苯甲酸；

③對(duì)硝基甲苯的熔點(diǎn)為51.7℃，則步驟3中，用NaOH溶液處理后，需待溫度降到50℃時(shí)進(jìn)行抽濾，目的是使未反應(yīng)的對(duì)硝基甲苯凝固析出，可提高對(duì)硝基苯甲酸的純度；

④對(duì)硝基苯甲酸是黃色晶體，能升華，則對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行純化還可以采用升華法完成；

⑤由工業(yè)流程圖可知，步驟2中抽濾后的濾液返回電解槽中重新電解，說明濾液中的Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、H2SO4可循環(huán)利用，符合綠色環(huán)保；

(3)第三次實(shí)驗(yàn)消耗KOH的體積明顯偏小，舍去，其它三次消耗KOH溶液體積的平均值mL=23.00mL，對(duì)硝基苯甲酸與KOH溶液發(fā)生中和反應(yīng)時(shí)，對(duì)硝基苯甲酸與KOH等物質(zhì)的量反應(yīng)，則對(duì)硝基苯甲酸的純度為×100%=92.0%。