Question

13．用硼镁矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，含少量A1₂O₃和Fe₃O₄）制取粗硼的工艺流程为：

已知：①硼与铝的性质相似，也能与氢氧化钠溶液反应．
②2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑
③BCl₃的熔点为-107.3℃，沸点为l2.5℃，在潮湿空气中易形成白雾．
I．回答下列问题：
（1）证明溶液B中含有铁元素的方法是取少许溶液B于试管中，滴加几滴KSCN溶液，溶液变红色，说明含有Fe元素
（2）Mg与X反应制取粗硼的化学方程式3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO
（3）上图中制取MgCl₂的“一定条件”是指HCl氛围、加热
II．某同学设计如图所示装置制备三氯化硼．

回答下列问题：
（4）E装置的作用是冷却并收集BCl₃．
（5）如果去掉B装置，可能的后果是加热时B与HCl反应生成的氢气与氯气混合易发生爆炸．
（6）E装置后面还应连接的一个装置是d．

Answer 1

分析 I．硼镁矿主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，可以看做2MgO•B₂O₃•H₂O，含有少量杂质A1₂O₃和Fe₃O₄，用浓氢氧化钠溶液溶解，B₂O₃、A1₂O₃与氢氧化钠反应得到NaBO₂、NaAlO₂，而MgO、Fe₃O₄不与氢氧化钠反应，过滤得到滤渣为MgO、Fe₃O₄，滤液A中为NaBO₂、NaAlO₂及剩余的NaOH，浓缩后通入过量的二氧化碳，经过系列操作得到H₃BO₃，加热得到B₂O₃，再与Mg发生置换反应反应得到B与MgO．
滤渣与过量的浓盐酸反应得到溶液B中有MgCl₂、FeCl₃及未反应的HCl，加入氧化镁等调节溶液pH，使溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，再过滤除去，溶液进行蒸发结晶得到MgCl₂•7H₂O，在HCl氛围下加热分解得到MgCl₂，以防止氯化镁水解，再电解熔融的MgCl₂得到金属Mg及氯气．（1）中溶液B中含有的铁元素以Fe³⁺形式存在，用KSCN溶液进行检验；
Ⅱ．BCl₃在潮湿空气中易形成白雾，遇水发生水解反应，应在无水环境下进行，装置A制备氯气，制备的氯气中含有挥发出的HCl，由于B与HCl可以发生反应：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氢气与氯气易发生爆炸，B装置吸收HCl，C装置由于干燥氯气，D装置中B与氯气反应生成BCl₃，由于BCl₃的沸点较低，反应得到为气态BCl₃，E装置利用冰水冷却收集得到液体BCl₃，由于未反应的氯气会污染环境，需要在E装置之后添加吸收氯气装置，同时防止空气中的水蒸气加入D中，防止BCl₃发生水解．

解答 解：I．硼镁矿主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，可以看做2MgO•B₂O₃•H₂O，含有少量杂质A1₂O₃和Fe₃O₄，用浓氢氧化钠溶液溶解，B₂O₃、A1₂O₃与氢氧化钠反应得到NaBO₂、NaAlO₂，而MgO、Fe₃O₄不与氢氧化钠反应，过滤得到滤渣为MgO、Fe₃O₄，滤液A中为NaBO₂、NaAlO₂及剩余的NaOH，浓缩后通入过量的二氧化碳，经过系列操作得到H₃BO₃，加热得到B₂O₃，再与Mg发生置换反应反应得到B与MgO．
滤渣与过量的浓盐酸反应得到溶液B中有MgCl₂、FeCl₃及未反应的HCl，加入氧化镁等调节溶液pH，使溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，再过滤除去，溶液进行蒸发结晶得到MgCl₂•7H₂O，在HCl氛围下加热分解得到MgCl₂，以防止氯化镁水解，再电解熔融的MgCl₂得到金属Mg及氯气．
（1）中溶液B中含有的铁元素以Fe³⁺形式存在，用KSCN溶液进行检验，具体操作为：取少许溶液B于试管中，滴加几滴KSCN溶液，溶液变红色，说明含有Fe元素，
故答案为：取少许溶液B于试管中，滴加几滴KSCN溶液，溶液变红色，说明含有Fe元素；
（2）Mg与B₂O₃得到B与MgO，反应方程式为：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案为：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO；
（3）MgCl₂•7H₂O在HCl氛围下加热分解得到MgCl₂，以防止氯化镁水解，
故答案为：HCl氛围、加热；
Ⅱ．BCl₃在潮湿空气中易形成白雾，遇水发生水解反应，应在无水环境下进行，装置A制备氯气，制备的氯气中含有挥发出的HCl，由于B与HCl可以发生反应：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氢气与氯气易发生爆炸，B装置吸收HCl，C装置由于干燥氯气，D装置中B与氯气反应生成BCl₃，由于BCl₃的沸点较低，反应得到为气态BCl₃，E装置利用冰水冷却收集得到液体BCl₃，由于未反应的氯气会污染环境，需要在E装置之后添加吸收氯气装置，同时防止空气中的水蒸气加入D中，防止BCl₃发生水解．
（4）由上述分析可知，E装置的作用是：冷却并收集BCl₃，故答案为：冷却并收集BCl₃；
（5）B装置吸收HCl，若去掉B装置，B与HCl可以发生反应：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氢气与氯气易发生爆炸，
故答案为：加热时B与HCl可以发生反应：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氢气与氯气混合易发生爆炸，
故答案为：加热时B与HCl反应生成的氢气与氯气混合易发生爆炸；
（6）由于未反应的氯气会污染环境，BCl₃遇水发生水解，故需要在E装置之后添加吸收氯气装置，同时防止空气中的水蒸气加入D中，防止BCl₃发生水解，
a中浓硫酸不能吸收剩余的氯气，bc均含有水，水蒸气可以进入E中，导致BCl₃发生水解，d中碱石灰可以吸收氯气与空气中水蒸气，故选：d．

点评 本题考查实验制备方案，侧重考查学生对装置的分析评价、实验条件的控制等，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，注意对题目信息的提取与运用，难度中等．