Question

5．氮化硼（BN）是新型无机非金属材料，溶点3000℃，可以作润滑剂、高级耐火材料和超硬材料．某兴趣小组以下图装置用NH₃与B₂O₃固体在高温下制备少量氮化硼．

（1）装置的连接顺序是Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ，则化合物X是氢氧化钙，装置Ⅱ中的药品和仪器是碱石灰 和干燥管．
（2）装置Ⅲ中发生反应的化学方程式是B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O．
（3）装置Ⅳ中广口瓶里盛装的是水，其作用是吸收未反应的氨气，进尾气的入口是b （填“a”或“b”）
（4）为防止装置内空气中的O₂对制备反应的不利影响，则检验装置内空气被排尽的方法是先加入药品，连接装置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，加热Ⅰ，用湿润的红色石蕊试纸在装置末导管口检验，若变蓝色，则说明空气已排尽．
（5）反应前瓷舟皿中盛有8.4g B₂O₃固体，反应结束后称得瓷舟皿中固体为6.4g，则氮化硼的产率为83.3%（保留百分号前一位小数）．
（6）NH₃与BCl₃在高温下反应也能制备氮化硼，请从产物影响分析，工业上往往采用NH₃与B₂O₃在高温下制备氮化硼的原因是用NH₃与BCl₃在高温下反应制备氮化硼的同时会产生氯化氢，氯化氢对设备腐蚀，导致成本升高．

Answer 1

分析 用NH₃、B₂O₃为原料制备BN晶体，根据装置图可知，Ⅰ装置中用氯化铵与氢氧化钙产生氨气，经Ⅱ装置干燥后，氨气在管式电炉中与B₂O₃反应，生成BN，所以装置Ⅱ应为干燥管中加入碱石灰，反应中有氨气要用酸吸收，所以Ⅳ装置是吸收氨气尾气的装置，为防止倒吸，气体应从b导管进入，据此答题．

解答 解：用NH₃、B₂O₃为原料制备BN晶体，根据装置图可知，Ⅰ装置中用氯化铵与氢氧化钙产生氨气，经Ⅱ装置干燥后，氨气在管式电炉中与B₂O₃反应，生成BN，所以装置Ⅱ应为干燥管中加入碱石灰，反应中有氨气要用酸吸收，所以Ⅳ装置是吸收氨气尾气的装置，为防止倒吸，气体应从b导管进入，
（1）根据上面的分析可知，化合物X是氢氧化钙，装置Ⅱ中的药品和仪器是 碱石灰 和干燥管，
故答案为：氢氧化钙；碱石灰；干燥管；
（2）装置Ⅲ中氨气与B₂O₃反应，生成BN，根据元素守恒可知，反应的化学方程式是B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O，
故答案为：B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O；
（3）氨气易溶于水，装置Ⅳ中广口瓶里盛装的是水，其作用是吸收未反应的氨气，为防止倒吸，气体应从b导管进入，
故答案为：吸收未反应的氨气；b；
（4）为防止装置内空气中的O₂对制备反应的不利影响，可以用氨气排尽装置中的空气，则检验装置内空气被排尽的方法是先加入药品，连接装置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，加热Ⅰ，用湿润的红色石蕊试纸在装置末导管口检验，若变蓝色，则说明空气已排尽，
故答案为：加热Ⅰ，用湿润的红色石蕊试纸在装置末导管口检验，若变蓝色，则说明空气已排尽；
（5）设实际产生BN的质量为xg，根据方程式B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O△m（固体），
                                                    50       20 
                                                     x       8.4-6.4
则$\frac{50}{x}=\frac{20}{8.4-6.4}$，所以x=5，
根据元素守恒，8.4g B₂O₃固体理论上产生氮化硼的质量为$\frac{8.4}{70}×50$g=6g，所以氮化硼的产率为$\frac{5}{6}$×100%=83.3%，
故答案为：83.3%；
（6）用NH₃与BCl₃在高温下反应制备氮化硼的同时会产生氯化氢，氯化氢对设备腐蚀，导致成本升高，
故答案为：用NH₃与BCl₃在高温下反应制备氮化硼的同时会产生氯化氢，氯化氢对设备腐蚀，导致成本升高．

点评 本题主要考查物质的制备、分离提纯，难度中等，注意元素守恒思想的应用和实验基本操作的应用，可以培养学生综合分析问题和解决问题的能力．