Вопрос: С какой целью упаривают фильтрат?
Варианты ответов:
- Чтобы увеличить концентрацию бензоата калия в водном растворе для полного выпадения осадка бензойной кислоты при последующем подкислении HCl
- Для осаждения бензоата калия из водного раствора
- Чтобы увеличить концентрацию бензойной кислоты в водном растворе при последующем подкислении HCl
- Для осаждения бензойной кислоты из водного раствора
Решение:
Давайте разберем процесс, который предшествует упариванию фильтрата в контексте синтеза бензойной кислоты.
Как мы выяснили в предыдущем вопросе, при окислении алкилбензолов в щелочной среде образуется растворимая калиевая соль бензойной кислоты (бензоат калия). После завершения реакции и удаления неорганических примесей (например, диоксида марганца, который выпадает в осадок), остается фильтрат, содержащий растворенный бензоат калия.
Цель дальнейших действий - получить чистую бензойную кислоту. Для этого бензоат калия переводят обратно в бензойную кислоту путем подкисления раствора сильной кислотой (например, HCl).
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{COOK} + \text{HCl} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{COOH} \downarrow + \text{KCl} \]
Бензойная кислота, в отличие от бензоата калия, плохо растворима в воде (особенно холодной) и выпадает в осадок.
Теперь рассмотрим, зачем упаривают фильтрат, содержащий бензоат калия:
Упаривание - это процесс удаления растворителя (в данном случае воды) путем нагревания, что приводит к увеличению концентрации растворенного вещества.
- Если концентрация бензоата калия в фильтрате низкая, то при последующем подкислении образующаяся бензойная кислота может остаться в растворе, так как её растворимость, хоть и низкая, но не нулевая.
- Увеличение концентрации бензоата калия путем упаривания гарантирует, что при подкислении образуется достаточное количество бензойной кислоты, чтобы её концентрация превысила предел растворимости, и она выпала в осадок максимально полно. Это позволяет получить больший выход продукта.
Теперь проанализируем варианты ответов:
- Вариант "a": "Чтобы увеличить концентрацию бензоата калия в водном растворе для полного выпадения осадка бензойной кислоты при последующем подкислении HCl". Этот вариант точно описывает цель упаривания. Увеличение концентрации бензоата калия приводит к увеличению концентрации образующейся бензойной кислоты, что способствует её полному осаждению.
- Вариант "b": "Для осаждения бензоата калия из водного раствора". Бензоат калия хорошо растворим в воде и не осаждается при упаривании (если только не упарить досуха, но это не является целью для последующего подкисления).
- Вариант "c": "Чтобы увеличить концентрацию бензойной кислоты в водном растворе при последующем подкислении HCl". Бензойная кислота образуется после подкисления. Упаривание увеличивает концентрацию бензоата калия, который затем превращается в бензойную кислоту.
- Вариант "d": "Для осаждения бензойной кислоты из водного раствора". Бензойная кислота осаждается после подкисления, а не в результате упаривания фильтрата, который содержит бензоат калия.
Правильный ответ: a
Объяснение:
После окисления алкилбензола в щелочной среде и отделения нерастворимых примесей (например, MnO2), в фильтрате остается водный раствор калиевой соли бензойной кислоты (бензоата калия). Для получения свободной бензойной кислоты этот раствор подкисляют сильной кислотой (например, HCl).
Однако, если концентрация бензоата калия в растворе низка, то и образующаяся бензойная кислота может остаться в растворе, так как она хоть и малорастворима, но все же имеет некоторую растворимость в воде. Чтобы обеспечить максимальное выпадение бензойной кислоты в осадок, необходимо, чтобы её концентрация в растворе превысила предел растворимости.
Упаривание фильтрата приводит к удалению части воды, тем самым увеличивая концентрацию растворенного бензоата калия. При последующем подкислении такого концентрированного раствора образуется более высокая концентрация бензойной кислоты, что способствует её полному и эффективному осаждению из раствора, обеспечивая максимальный выход целевого продукта.