Question

将硼酸、发烟硫酸、萤石粉共热得到无色气体A，A为平面构型分子，密度约为空气的2.3倍，A用乙醚吸收后得到液态物质B。液态乙酸中存在微弱的自偶电离，离子电导率为139μS/cm，将B加入乙酸中形成均一透明的无色溶液，发现乙酸的离子电导率显著增强，达到1300-5800μS/cm，B与乙酸的混合溶液是具有良好应用前景的非水型电解质，与传统的水溶液电解质体系相比有独特的优势，扩大了电化学反应研究的物质范围和电位研究区间。试回答下列问题：
⑴　写出A、B的结构简式  A _____________，B______________
⑵　写出生成A的化学反应方程式____________________________________
⑶　用方程式表示乙酸的自偶电离过程，并分析乙酸中加入B后，电导率显著提高的原因
⑷　红外光谱显示，纯乙酸中存在两种羧羟基吸收峰，分析这两种峰产生的原因
⑸　为什么说非水型电解质可以扩大电化学反应研究的物质范围和电位区间？

Answer 1

⑴　A：BF₃,    B：(CH₃CH₂)₂O·BF₃        （2分，各1分）
⑵　3H₂SO₄ + 2H₃BO₃ + 3CaF₂ ="==" 2BF₃ + 3CaSO₄ + 6H₂O   2分
⑶　2CH₃COOH  CH₃COOH₂⁺ + CH₃COO^-，加入(CH₃CH₂)₂O·BF₃后，(CH₃CH₂)₂O·BF₃
是强路易斯酸，形成了CH₃COOBF₃^-离子，促进了乙酸的自偶电离
2CH₃COOH + BF₃ ="=" CH₃COOBF₃^- + CH₃COOH₂⁺   （2分）
⑷　乙酸中存在单分子和缔合分子两种状态  （1分）
⑸　水溶液中难溶或不溶的物质在非水电解质中可以研究，故扩大了研究的物质范围；在水溶液中，电解电位受到析氢电位和析氧电位的区间限制，而非水电解质中扩大了研究的电位区间限制。（意思对即可）（2分）

⑴　A的摩尔质量约为29×2.3＝67(g/mol)，且为平面分子，结合反应物中存的原子种类，可以推测A为BF₃，经验证正确。B为BF₃与O(CH₂CH₃)₂的简单加合产物，即F₃B←O(CH₂CH₃)₂。
⑵　A的生成过程可以看成是两个反应的结果，即CaF₂与浓H₂SO₄反应生成HF，然后生的HF迅速与H₃BO₃发生化学反应生成BF₃和水。当然也可以把两个方程式写成一个反应方程式：3H₂SO₄ + 2H₃BO₃ + 3CaF₂ ="==" 2BF₃ + 3CaSO₄ + 6H₂O。
⑶　自偶电离过程，可以与水的自偶电离进行类比。因此乙酸的自偶电离过程可表示为：2CH₃COOH  CH₃COOH₂⁺ + CH₃COO^-，即乙酸分子之间H^＋的传递过程。当乙酸中加入B后，溶液导电能力明显增加，说明溶液中可以“自由”移动离子浓度增加，也就是说B的加入促进了乙酸的电离，这是因为BF₃是强的路易斯酸，它能与CH₃COO^－形成稳定的配合物，从而促进了乙酸的电离。
⑷　在单分子的乙酸，由于只存在一种化学环境的羧羟基，因此只能在红外光谱中观察到一种吸收峰。但是在实际情况中存在两种红外吸收峰，也就意味着存在两种不同化学环境的羧羟基，结合乙酸的性质，说明纯乙酸中，有一部分乙酸以单分子形式存在，也存在一部分因氢键形成了双聚的乙酸分子。
⑸　水溶液中难溶或不溶的物质在非水电解质中可以研究，故扩大了研究的物质范围；在水溶液中，电解电位受到析氢电位和析氧电位的区间限制，而非水电解质中扩大了研究的电位区间限制。