Почему бензойную кислоту промывают ледяной водой?

Вопрос: Почему выпавшую в осадок бензойную кислоту промывают именно ледяной водой?

Варианты ответов:

1. Выпавшую в осадок бензойную кислоту промывают ледяной водой для удаления примесей бензоата калия и диоксида марганца
2. Растворимость бензойной кислоты в воде сильно зависит от температуры, при 100 градусах она растворяется практически полностью, при охлаждении водного раствора кристаллизуется
3. Растворимость бензойной кислоты в воде сильно зависит от температуры, при 100 градусах она кристаллизуется, при охлаждении водного раствора растворяется практически полностью
4. Выпавшую в осадок бензойную кислоту промывают ледяной водой для нейтрализации

Решение:

Для того чтобы правильно ответить на этот вопрос, нужно знать свойства бензойной кислоты, в частности, её растворимость в воде при различных температурах.

Бензойная кислота (C₆H₅COOH) является органической кислотой. Её растворимость в воде относительно низка при комнатной температуре, но значительно возрастает при нагревании.

• При комнатной температуре (около 20 °C) растворимость бензойной кислоты составляет примерно 3,4 г на 1 литр воды.
• При 100 °C (температура кипения воды) растворимость бензойной кислоты значительно увеличивается, достигая примерно 68 г на 1 литр воды.

Это свойство активно используется при перекристаллизации бензойной кислоты для её очистки: вещество растворяют в горячей воде, а затем охлаждают раствор, чтобы бензойная кислота выпала в осадок в чистом виде.

Теперь рассмотрим предложенные варианты:

• Вариант "a": "Выпавшую в осадок бензойную кислоту промывают ледяной водой для удаления примесей бензоата калия и диоксида марганца". Этот вариант частично верен в том смысле, что промывание действительно удаляет примеси. Бензоат калия хорошо растворим в воде (особенно горячей), а диоксид марганца нерастворим. Ледяная вода минимизирует потери целевого продукта (бензойной кислоты) при промывании, но сам факт удаления примесей не объясняет, почему именно ледяной водой.
• Вариант "b": "Растворимость бензойной кислоты в воде сильно зависит от температуры, при 100 градусах она растворяется практически полностью, при охлаждении водного раствора кристаллизуется". Этот вариант точно описывает поведение бензойной кислоты. Высокая растворимость при 100 °C и низкая при охлаждении (что приводит к кристаллизации) - это ключевое свойство. Промывание ледяной водой минимизирует растворение уже выпавшей в осадок бензойной кислоты, тем самым уменьшая потери продукта.
• Вариант "c": "Растворимость бензойной кислоты в воде сильно зависит от температуры, при 100 градусах она кристаллизуется, при охлаждении водного раствора растворяется практически полностью". Этот вариант противоречит химическим свойствам бензойной кислоты. При 100 °C она хорошо растворяется, а при охлаждении кристаллизуется, а не наоборот.
• Вариант "d": "Выпавшую в осадок бензойную кислоту промывают ледяной водой для нейтрализации". Бензойная кислота - это кислота. Промывание водой (даже ледяной) не является методом нейтрализации. Нейтрализация предполагает реакцию с основанием.

Таким образом, наиболее полное и точное объяснение использования ледяной воды для промывания бензойной кислоты связано с её температурной зависимостью растворимости. Ледяная вода используется для того, чтобы минимизировать потери бензойной кислоты, которая при низких температурах очень плохо растворяется в воде, в то время как примеси (например, остатки бензоата калия) могут быть удалены.

Правильный ответ: b

Объяснение:

Бензойная кислота обладает свойством, при котором её растворимость в воде сильно зависит от температуры. При высоких температурах (например, при 100 °C) она хорошо растворяется, что позволяет очищать её методом перекристаллизации из горячей воды. При охлаждении раствора растворимость бензойной кислоты резко падает, и она выпадает в осадок в виде кристаллов.

Когда бензойная кислота уже выпала в осадок, её промывают ледяной водой. Это делается для того, чтобы минимизировать потери продукта. Поскольку при низкой температуре (близкой к 0 °C) растворимость бензойной кислоты в воде очень мала, промывание ледяной водой позволяет удалить водорастворимые примеси (например, остатки бензоата калия, который хорошо растворим в воде) с поверхности кристаллов, при этом практически не растворяя саму бензойную кислоту. Это обеспечивает максимальный выход чистого продукта.