Question

【题目】硼氢化钠(NaBH4)是常用的还原剂，用途广泛。某探究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4，其流程如下：

已知：NaBH4常温下易与水反应，可溶于异丙胺(沸点：33℃)

(1)在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至 100 ℃以上并通入氩气 ，该操作的目的是______；第②步分离采用的方法是______；第③步分离NaBH4并回收溶剂，采用的方法是_____；

(2)NaBH4与水反应生成H2 : NaBH4 + 2H2O=NaBO2+4H2↑ (已知：HBO2是弱酸)。 实验测得，NaBH4每消耗一半所用的时间与溶液 pH、温度的关系如下表：

pH	8	10	12	1 4
温度/℃	25	25	25	25
时间/ min	6. 2 ×10-1	6. 2 ×10	6. 2 ×103	6. 2 ×105

①NaBH4与水反应开始释放H2很快 ，经过一段时间后就缓慢下来 ，可能原因一是反应物浓度降低 ；二是________；

②为了加快制取的H2速率，常将一些促进剂投入水中，下列物质中可作为促进剂的是__；

a. 碳酸钾 b. 稀硝酸 c 硫酸氢钠 d. 氨水

(3)利用如图所示装置，可以测定NaBH4与水反应生成 H2的速率，在pH =10、25℃条件下，将恒压滴液漏斗中NaBH4滴加到含有催化剂的三颈烧瓶中。

①实验中使用恒压滴液漏斗的原因为_________；

②气体生成结束后，水准管中的液面会高于量气管中的液面，此时量气管读数会_____( 填“偏大”或“偏小”)需要将水准管慢慢向下移动，则量气管中的液面会__________(填“上升”或“下降”)；

③在此条件下，0. 38 g NaBH4开始反应至剩余 0. 19 g 时，实验测得量气管内气体体积为124mL，则这段时间内，生成H2的平均速率是_______mL·min-1。

Answer 1

【答案】除去装置中的空气和水蒸气 过滤 蒸馏 反应生成了碱性的NaBO2，抑制反应的进一步进行 c 平衡压强，便于液体顺利滴下 偏小 下降 2.0

【解析】

NaBO2、SiO2、Na和H2在一定条件下反应生成NaBH4、Na2SiO3固体混合物，NaBH4常温下能与水反应，且氢气和氧气混合加热易产生爆炸，为防止NaBH4水解、防止产生安全事故，需要将装置中的空气和水蒸气排出；NaBH4可溶于异丙胺，所以加入异丙胺将NaBH4溶解，Na2SiO3不溶于异丙胺，过滤将二者分离，得到的滤渣成分是Na2SiO3，滤液为NaBH4的异丙胺溶液；异丙胺沸点：33℃，将滤液采用蒸馏的方法分离，得到异丙胺和固体NaBH4。

(1)根据分析可知在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，目的是除去装置中的空气和水蒸气；NaBH4可溶于异丙胺，加入异丙胺将NaBH4溶解，Na2SiO3不溶于异丙胺，所以第②步分离采用的方法是过滤；异丙胺沸点为33℃，所以可以通过蒸馏分离NaBH4并回收溶剂；

(2)①由表中数据可知在相同温度下，pH越大，硼氢化钠每消耗一半所用的时间越来越长，即反应速率越小，而硼氢化钠与水反应会生成NaBO2，NaBO2水解会使溶液显碱性，从而抑制了反应的进一步进行，降低反应速率；

②为加快生成氢气的速率，应增大溶液中的氢离子浓度，而NaBH4中-1价的氢元素易被氧化，不能加入具有强氧化性的硝酸，会生成氮氧化物，所以可加入硫酸氢钠，故答案为：c；

(3)①滴液漏斗可以平衡漏斗内部和三颈烧瓶中的压强，便于液体顺利流下；

②读数时应使左右液面相等，以免带来实验误差，水准管中的液面会高于量气管中的液面，会导致左侧压强过大，导致读数偏小，而需要将水准管慢慢向下移动，则量气管中的压强减小，液面下降；

③在此条件下，0.38 g NaBH4开始反应至剩余0.19g时，实验测得量气管内气体体积为124mL，由表中数据可知pH=10，25℃条件下，硼氢化钠每消耗一半的时间为6.2×10min，则反应速率为=2.0mLmin-1。