Benzoic acid là một chất phụ gia được dùng để bảo quản thực phẩm. Để điều chế benzoic acid từ toluene, người ta khuấy và đun sôi toluene với lượng dư dung dịch potassium permanganate trong bình cầu có lắp ống sinh hàn. Sau khi kết thúc phản ứng, vừa lắc vừa thêm từng lượng nhỏ oxalic acid đến khi mất màu tím; lọc bỏ chất rắn, cô đặc phần dung dịch lọc rồi acid hoá bằng hydrochloric acid. Lọc lấy chất rắn, kết tinh lại bằng nước để có sản phẩm sạch.
Cho biết mục đích của các thao tác thực nghiệm (ghi chữ đậm) trong quy trình trên. Nếu hiệu suất của quá trình tổng hợp là 80% thì cần bao nhiêu kg toluene để điều chế được 5 kg benzoic acid?
Tham khảo:
Mục đích của các thao tác thực nghiệm (ghi chữ đậm) trong quy trình: Khuấy và đun sôi: để toluene dễ phản ứng với KMnO4 vì phản ứng này xảy ra ở điều kiện có nhiệt độ.
- Lọc bỏ chất rắn kết tinh, cô đặc: Sau phản ứng, trong sản phẩm có MnO2 là chất rắn cần lọc bỏ, cô đặc phần dung dịch lọc có thu được C6H5COOK.
- Acid hoá: acid hóa C6H5COOK bằng HCl để có benzoic acid.
C6H5COOK + HCl → C6H5COOH + KCl
- Lọc lấy chất rắn, kết tinh lại: MnO2 tạo thành thường hấp thụ một lượng lớn sản phẩm. Do đó ta cần rửa lại MnO2 với nước để có sản phẩm sạch.
nC6H5COOH = \(\dfrac{5000}{160}\) = 31,25 mol
C6H5CH3 + 2KMnO4 → C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O
31,25 mol 31,25 mol
C6H5COOK + HCl → C6H5COOH + KCl
31,25 mol 31,25 mol
Theo lí thuyết, khối lượng toluene cần để điều chế là: mLT = 31,25.92 = 2875 g. Theo thực tế, hiệu suất của quá trình tổng hợp là 80% thì cần số kg toluene là: mTT =\(\dfrac{2875}{0.8}\) = 3594 g = 3,594 kg.
