Question

9．硼位于ⅢA族，三卤化硼是物质结构化学的研究热点，也是重要的化工原料．三氯化硼（BCl₃）可用于制取乙硼烷（B₂H₆），也可作有机合成的催化剂．
[查阅资料]①BCl₃的熔点为-107.3℃，沸点为12.5℃；②2B+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃↑+3H₂↑；③硼与铝的性质相似，也能与氢氧化钠溶液反应．
[设计实验]某同学设计如图所示装置制备三氯化硼：

请回答下列问题：
（1）常温下，高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生的反应可替代A装置中的反应，两个反应的产物中锰的价态相同．写出高锰酸钾固体粉末与浓盐酸反应的离子方程式：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑．
（2）E装置的作用是冷却和收集三氯化硼．如果拆去B装置，可能的后果是硼粉与氯化氢反应生成的产物中有氢气，加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸．
（3）写出D装置中发生反应的化学方程式：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃；实验中可以用一个盛装碱石灰（填试剂名称）的干燥管代替F+G装置，使实验更简便．
（4）三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸（H₃BO₃）和白雾，写出该反应的化学方程式BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑．
实验室保存三氯化硼的注意事项是密封冷暗处保存．
（5）为了顺利完成实验，正确的操作是①（填序号），并解释原因排尽装置中的空气，避免氧气与硼粉反应生成B₂O₃ ．
①先点燃A处酒精灯，后点燃D处酒精灯
②先点燃D处酒精灯，后点燃A处酒精灯
③同时点燃A、D处酒精灯
（6）请你设计一个简易实验，验证制得的产品中是否含有硼粉：取少量样品于试管中，滴加浓NaOH溶液，若有气泡产生，则样品中含有硼粉，若无气泡产生，则样品中无硼粉．

Answer 1

分析 （1）在A装置中用高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生反应可以制取氯气；
（2）在 E装置的作用是冷却和收集三氯化硼；如果拆去B装置，可能会发生反应2B+6HCl△2BCl₃↑+3H₂↑，在D中加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸；
（3）硼与氯气在加热条件下反应生成三氯化硼．F装置用于吸收水蒸气，避免G装置中的水蒸气进入U形管．G装置可以盛装氢氧化钠溶液吸收尾气，故实验中可以用一个盛装碱石灰的干燥管来代替F+G装置
（4）三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸（H₃BO₃）和白雾，该反应的化学方程式是BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；因此在实验室保存三氯化硼的注意事项要密封保存，防止受潮水解；
（5）①先点燃A处酒精灯，待整套装置中都充满Cl₂后再点燃D处酒精灯，使之发生反应；
②若先点燃D处酒精灯，这时B就与装置中的空气发生反应得到B₂O₃，再点燃A处酒精灯也不能产生BCl₃了；
③同时点燃A、D处酒精灯也会导致产生B₂O₃，影响制备BCl₃；
（6）由于B的性质与Al相似，既能与强酸反应，也能与强碱反应放出氢气，所以取少量样品于试管中，滴加浓NaOH溶液，若有气泡产生，则样品中含有硼粉．

解答 解：（1）在A装置中用高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生反应可以制取氯气，反应的离子方程式为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑；
故答案为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑；
（2）三氯化硼的沸点低，易挥发，需要冷却产品，B装置的作用是吸收Cl₂中混有的HCl，由题给资料知，硼与氯化氢反应生成的产物中有氢气，加热氢气和氯气的混合气体，易发生爆炸；
故答案为：冷却和收集三氯化硼；硼粉与氯化氢反应生成的产物中有氢气，加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸；
（3）硼与氯气在加热条件下反应生成三氯化硼．反应的化学方程式为：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃，F装置用于吸收水蒸气，避免G装置中的水蒸气进入U形管．G装置可以盛装氢氧化钠溶液吸收尾气，故实验中可以用一个盛装碱石灰的干燥管来代替F+G装置；
故答案为：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃；碱石灰；
（4）因硼与铝的性质相似，硼酸的化学式为H₃BO₃，类似铝酸（H₃AlO₃）．因三氯化硼遇水能反应，反应的化学方程式为：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑，故实验室应密封冷暗处保存三氯化硼；
故答案为：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；密封冷暗处保存；
（5）若不先排尽装置中的空气，O₂会与硼反应：4B+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B₂O₃；
①先点燃A处酒精灯，待整套装置中都充满Cl₂后再点燃D处酒精灯，使之发生反应，故正确；
②若先点燃D处酒精灯，这时B就与装置中的空气发生反应得到B₂O₃，再点燃A处酒精灯也不能产生BCl₃了，故错误；
③同时点燃A、D处酒精灯也会导致产生B₂O₃，影响制备BCl₃，错误；
故答案为：①；排尽装置中的空气，避免氧气与硼粉反应生成B₂O₃ ；
（6）由于B的性质与Al相似，既能与强酸反应，也能与强碱反应放出氢气，所以取少量样品于试管中，滴加浓NaOH溶液，若有气泡产生，则样品中含有硼粉，若无气泡产生，则样品中无硼粉；
故答案为：取少量样品于试管中，滴加浓NaOH溶液，若有气泡产生，则样品中含有硼粉，若无气泡产生，则样品中无硼粉．

点评 本实验属于物质制备与检验综合设计实验，涉及制备气体、净化气体、干燥气体和尾气处理．题目难度中等．