Question

苯酚具有弱酸性，在空氣中易被氧化。工業上以苯、硫酸、氫氧化鈉、亞硫酸鈉為原料合成苯酚的方法可簡單表示為：

（1）根據上述反應判斷下列三種物質的酸性由強到弱的順序為          （填序號）。

A．             B．               C．H₂SO₃

（2）步驟④與使用CO₂相比，使用SO₂的優點是                     （答一個方面）。

（3）經反應④得到的產物除外、可能還含有OH^－、SO₃^2-、HSO₃^-等微粒。請設計實驗方案，證明溶液中存在、SO₃^2-、HSO₃^-，寫出實驗步驟、預期現象和結論。

限選儀器及試劑：試管、滴管、玻璃棒、過濾裝置和濾紙；2mol·L^－1鹽酸、1mol·L^－1 BaCl₂溶液、品紅溶液、0.01 mol·L^－1酸性KMnO₄溶液、1 mol·L^－1 FeCl₃溶液、飽和溴水等。

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取少量待測液于試管中，加入足量的1 mol·L－1BaCl2溶液，靜置、過濾，得濾液和沉淀。將濾液分置于試管A、B中，沉淀置于試管C中。
步驟2：往試管A中加入                                                               。	，說明溶液中含有HSO3-。
步驟3：往試管B中加入                         。	。
步驟4：往試管C中加入2 mol·L－1鹽酸酸化，再滴入1～2滴品紅溶液。	，說明溶液中含有SO32-。

（4）純度測定：稱取1.00g產品溶解于足量溫水中，向其中加入足量飽和溴水（產品中除苯酚外，不含其它與飽和溴水反應生成沉淀的物質），苯酚全部生成三溴苯酚沉淀，經過濾、洗滌、干燥后，稱得沉淀質量為3.31g，則產品中苯酚的質量分數為              。（苯酚的分子式為C₆H₆O，三溴苯酚的分子式為C₆H₃Br₃O，它們的相對分子質量分別為94、331）

 

Answer 1

【答案】

(16分)（1）A>C>B （3分）

（2）使用SO₂可防止被氧化（或SO₂可利用工業廢氣獲得，變廢為寶。其它合理答案也給分）（2分）

（3）（8分）方案一：

實驗步驟	預期現象和結論
步驟2：往試管A中加入 足量2 mol·L－1鹽酸酸化，（1分）再滴入1~2滴品紅溶液（1分）。	品紅溶液褪色（1分）  ，說明溶液中含有HSO3-。
步驟3：往試管B中加入   幾滴FeCl3溶液（1分）   。	溶液顯紫色（1分），說明溶液中含有 （1分） 。
	沉淀溶解（1分），品紅溶液褪色（1分） ，說明溶液中含有SO32-。

 

評分說明：步驟2若用0.01 mol·L^－1酸性KMnO₄溶液，因有還原性，也能使酸性KMnO₄溶液褪色，對應得分點不給分；步驟3改為“足量飽和溴水”、“溶液中產生白色沉淀”也給分，試劑用量錯誤或無說明合扣1分。

（4）94.0%  （3分，有效數字錯扣1分）

【解析】

試題分析：（1）反應②能自發進行，即2C₆H₅SO₃H+Na₂SO₃→2C₆H₅SO₃Na+SO₂↑+H₂O，說明苯磺酸的酸性比亞硫酸強；反應④能自發進行，即SO₂+H₂O+2C₆H₅ONa→2C₆H₅OH+Na₂SO₃，說明亞硫酸的酸性比苯酚強；綜上所述，酸性：苯磺酸>亞硫酸>苯酚，故酸性由強到弱的順序：A>C>B；（2）使用二氧化碳、二氧化硫分別制備苯酚的原理是：CO₂+H₂O+C₆H₅ONa→C₆H₅OH+NaHCO₃、SO₂+H₂O+2C₆H₅ONa→2C₆H₅OH+Na₂SO₃（或者SO₂+H₂O+C₆H₅ONa→C₆H₅OH+NaHSO₃），前者反應生成的碳酸氫鈉沒有還原性，對苯酚無保護作用，而后者生成的亞硫酸鈉（或亞硫酸氫鈉）、苯酚都具有還原性，都可以被空氣中的氧氣氧化，且亞硫酸鈉（或亞硫酸氫鈉）的還原性比苯酚強，優先被氧氣氧化為硫酸鈉，因此使用SO₂制備的苯酚中混有的亞硫酸鈉（或亞硫酸氫鈉）可以防止被氧化（或SO₂可利用工業廢氣獲得，變廢為寶）；（3）根據苯酚、亞硫酸根離子和亞硫酸氫根離子的性質，步驟1中發生的反應可能是Ba²⁺+SO₃^2—=BaSO₃↓，所得濾液中可能含有亞硫酸氫根離子、苯酚，一定含有鋇離子和氯離子，濾渣的主要成分可能是亞硫酸鋇；由于亞硫酸氫根離子具有兩性和還原性，但題目限選試劑中沒有強堿，只能選擇鹽酸和品紅溶液檢驗其存在，若往試管A中加入足量2mol/L鹽酸酸化，再滴入幾滴（或少量）品紅溶液，品紅溶液褪色或產生有刺激性氣味氣體，說明溶液中含有HSO₃^—；不能利用HSO₃^—的還原性檢驗，因為苯酚、HSO₃^—都具有還原性，苯酚會干擾HSO₃^—的檢驗，往試管A中加入0.01mol/L酸性高錳酸鉀溶液，紫紅色溶液褪色，不能說明溶液中含有HSO₃^—；步驟3中可以根據苯酚與濃溴水的取代反應或與氯化鐵溶液的顯色反應檢驗，往試管B中加入幾滴1mol/LFeCl₃溶液，溶液變為紫色，說明溶液中含有苯酚；或者往試管B中加入幾滴飽和溴水，產生白色沉淀，說明溶液中含有苯酚；步驟4中反應可能是BaSO₃+2HCl=BaCl₂+SO₂↑+H₂O，二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色，說明溶液中含有SO₃^2—；（4）由于三溴苯酚的相對分子質量為331，n=m/M，則三溴苯酚的物質的量為0.0100mol；由于取代反應中苯酚與三溴苯酚的系數之比等于物質的量之比，則苯酚的物質的量也是0.0100mol；由于苯酚的相對分子質量為94，m=n•M，則參加反應的苯酚的質量為0.940g；由于苯酚產品的質量為1.00g，其中苯酚的質量為0.940g，則產品中苯酚的質量分數為0.940/1.00×100%=94.0%，注意計算過程中均保留三位有效數字。

考點：考查探究實驗及化學計算，涉及較強酸制較弱酸的復分解反應、比較酸性的強弱順序、評價用二氧化硫制備苯酚比用二氧化碳制備苯酚的優點、化學方程式、設計實驗方案檢驗苯酚產品中的SO₃^2—和HSO₃^—、設計實驗方案檢驗產品中苯酚的存在、利用苯酚的沉淀反應測定產品的純度、三溴苯酚沉淀的質量、物質的量、物質的量在化學方程式中的應用、苯酚的質量和純度計算、有效數字的處理等。