Question

20．三氯化硼（BCl₃）是一种重要的化工原料，可用于制取乙硼烷（B₂H₆），也可作有机合成催化剂．某兴趣小组拟选用下列装置制备BCl₃（已知BCl₃的沸点为12.5℃，熔点为-107.3℃；2B+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃↑+3H₂↑．

请回答下列问题：
（1）装置B中发生反应的化学方程式为2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃．
（2）按气流方向连接各装置的接口，顺序为a-e-d-j-k-b-c-f-g-h．连接好装置后的实验操作是检查装置的气密性．
（3）装置D的作用是冷却和收集三氯化硼；实验中若不用装置C，可能产生的危险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．
（4）BCl₃遇水发生水解观察到大量的白雾，生成两种酸，其反应的化学方程式为：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑．
（5）装置E的作用除了可以吸收多余Cl₂外，还起到的作用是防止空气中的水进入U形管．

Answer 1

分析 在加热条件下，二氧化锰和浓盐酸发生氧化还原反应生成Cl₂，但浓盐酸具有挥发性，水被加热也能蒸发，升高温度加快浓盐酸挥发、加快水蒸发，所以生成的Cl₂中含有HCl、H₂O，浓硫酸具有吸水性，饱和食盐水能吸收Cl₂，浓硫酸能干燥气体，从而得到较纯净的Cl₂，在B中制得BCl₃，然后用D得到BCl₃固体，为防止C中的水蒸气进入D装置使生成的BCl₃水解，F中装浓硫酸进行干燥，E吸收未反应的Cl₂，
（1）硼与氯气在加热条件下反应生成三氯化硼；
（2）装置连接的顺序为气体发生装置---除杂装置--反应装置--收集装置--尾气处理装置的顺序，以此可确定连接顺序，连接好装置后的实验操作是检查装置的气密性；
（3）在D装置的作用是冷却和收集三氯化硼；如果拆去C装置，可能会发生反应2B+6HCl△2BCl₃↑+3H₂↑，在B中加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸；
（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↑；
（5）装置E内装有碱石灰，可与氯气反应，防止污染空气，具有吸水作用，可防止空气中的水蒸气进入U形管．

解答 解：（1）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{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃，
故答案为：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃；
（2）根据实验目的“某兴趣小组拟选用下列装置制备BCl₃”，依据的原理是3Cl₂+2B$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃，所以装置连接的顺序应该为气体发生装置---除杂装置--反应装置--收集装置--尾气处理装置的顺序，又实验室制备氯气中夹杂有氯化氢和水，且应先除去HCl再除去水，按气流方向连接各装置的接口，顺序为a→e→d→j→k→b→c→f→g→h，连接好装置后的实验操作是检查装置的气密性，
故答案为：a→e→d→j→k→b→c；检查装置的气密性；
（3）三氯化硼的沸点低，易挥发，需要冷却产品，C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；
（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↑，
故答案为：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；
（5）装置E是一个盛有碱石灰的干燥管，其作用一方面是吸收未反应的多余氯气，另一个方面也防止空气中的水蒸气进入U形管，
故答案为：防止空气中的水进入U形管．

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．