Question

9．硼位于ⅢA族，三鹵化硼是物質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究熱點，也是重要的化工原料．三氯化硼（BCl₃）可用于制取乙硼烷（B₂H₆），也可作有機合成的催化劑．
[查閱資料]①BCl₃的熔點為-107.3℃，沸點為12.5℃；②2B+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃↑+3H₂↑；③硼與鋁的性質(zhì)相似，也能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)．
[設(shè)計實驗]某同學(xué)設(shè)計如圖所示裝置制備三氯化硼：

請回答下列問題：
（1）常溫下，高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸發(fā)生的反應(yīng)可替代A裝置中的反應(yīng)，兩個反應(yīng)的產(chǎn)物中錳的價態(tài)相同．寫出高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑．
（2）E裝置的作用是冷卻和收集三氯化硼．如果拆去B裝置，可能的后果是硼粉與氯化氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物中有氫氣，加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸．
（3）寫出D裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃；實驗中可以用一個盛裝堿石灰（填試劑名稱）的干燥管代替F+G裝置，使實驗更簡便．
（4）三氯化硼遇水劇烈反應(yīng)生成硼酸（H₃BO₃）和白霧，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑．
實驗室保存三氯化硼的注意事項是密封冷暗處保存．
（5）為了順利完成實驗，正確的操作是①（填序號），并解釋原因排盡裝置中的空氣，避免氧氣與硼粉反應(yīng)生成B₂O₃ ．
①先點燃A處酒精燈，后點燃D處酒精燈
②先點燃D處酒精燈，后點燃A處酒精燈
③同時點燃A、D處酒精燈
（6）請你設(shè)計一個簡易實驗，驗證制得的產(chǎn)品中是否含有硼粉：取少量樣品于試管中，滴加濃NaOH溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則樣品中含有硼粉，若無氣泡產(chǎn)生，則樣品中無硼粉．

Answer 1

分析 （1）在A裝置中用高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)可以制取氯氣；
（2）在 E裝置的作用是冷卻和收集三氯化硼；如果拆去B裝置，可能會發(fā)生反應(yīng)2B+6HCl△2BCl₃↑+3H₂↑，在D中加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸；
（3）硼與氯氣在加熱條件下反應(yīng)生成三氯化硼．F裝置用于吸收水蒸氣，避免G裝置中的水蒸氣進入U形管．G裝置可以盛裝氫氧化鈉溶液吸收尾氣，故實驗中可以用一個盛裝堿石灰的干燥管來代替F+G裝置
（4）三氯化硼遇水劇烈反應(yīng)生成硼酸（H₃BO₃）和白霧，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；因此在實驗室保存三氯化硼的注意事項要密封保存，防止受潮水解；
（5）①先點燃A處酒精燈，待整套裝置中都充滿Cl₂后再點燃D處酒精燈，使之發(fā)生反應(yīng)；
②若先點燃D處酒精燈，這時B就與裝置中的空氣發(fā)生反應(yīng)得到B₂O₃，再點燃A處酒精燈也不能產(chǎn)生BCl₃了；
③同時點燃A、D處酒精燈也會導(dǎo)致產(chǎn)生B₂O₃，影響制備BCl₃；
（6）由于B的性質(zhì)與Al相似，既能與強酸反應(yīng)，也能與強堿反應(yīng)放出氫氣，所以取少量樣品于試管中，滴加濃NaOH溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則樣品中含有硼粉．

解答 解：（1）在A裝置中用高錳酸鉀固體粉末與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)可以制取氯氣，反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑；
故答案為：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑；
（2）三氯化硼的沸點低，易揮發(fā)，需要冷卻產(chǎn)品，B裝置的作用是吸收Cl₂中混有的HCl，由題給資料知，硼與氯化氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物中有氫氣，加熱氫氣和氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸；
故答案為：冷卻和收集三氯化硼；硼粉與氯化氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物中有氫氣，加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發(fā)生爆炸；
（3）硼與氯氣在加熱條件下反應(yīng)生成三氯化硼．反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃，F(xiàn)裝置用于吸收水蒸氣，避免G裝置中的水蒸氣進入U形管．G裝置可以盛裝氫氧化鈉溶液吸收尾氣，故實驗中可以用一個盛裝堿石灰的干燥管來代替F+G裝置；
故答案為：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃；堿石灰；
（4）因硼與鋁的性質(zhì)相似，硼酸的化學(xué)式為H₃BO₃，類似鋁酸（H₃AlO₃）．因三氯化硼遇水能反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑，故實驗室應(yīng)密封冷暗處保存三氯化硼；
故答案為：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；密封冷暗處保存；
（5）若不先排盡裝置中的空氣，O₂會與硼反應(yīng)：4B+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B₂O₃；
①先點燃A處酒精燈，待整套裝置中都充滿Cl₂后再點燃D處酒精燈，使之發(fā)生反應(yīng)，故正確；
②若先點燃D處酒精燈，這時B就與裝置中的空氣發(fā)生反應(yīng)得到B₂O₃，再點燃A處酒精燈也不能產(chǎn)生BCl₃了，故錯誤；
③同時點燃A、D處酒精燈也會導(dǎo)致產(chǎn)生B₂O₃，影響制備BCl₃，錯誤；
故答案為：①；排盡裝置中的空氣，避免氧氣與硼粉反應(yīng)生成B₂O₃ ；
（6）由于B的性質(zhì)與Al相似，既能與強酸反應(yīng)，也能與強堿反應(yīng)放出氫氣，所以取少量樣品于試管中，滴加濃NaOH溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則樣品中含有硼粉，若無氣泡產(chǎn)生，則樣品中無硼粉；
故答案為：取少量樣品于試管中，滴加濃NaOH溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則樣品中含有硼粉，若無氣泡產(chǎn)生，則樣品中無硼粉．

點評 本實驗屬于物質(zhì)制備與檢驗綜合設(shè)計實驗，涉及制備氣體、凈化氣體、干燥氣體和尾氣處理．題目難度中等．