Question

18．硼位于ⅢA族，三卤化硼是物质结构化学的研究热点，也是重要的化工原料，三氯化硼 （BCl₃）可用于制取乙硼烷（B₂H₆），也可作有机合成的催化剂．
查阅资料：
①BCl₃的沸点为12.5℃，熔点为-107.3℃；
②2B+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃↑+3H₂↑；
③硼与铝的性质相似，也能与氢氧化钠溶液反应；

设计实验：某同学设计如图所示装置利用氯气和单质硼反应制备三氯化硼：
请回答下列问题：
（1）常温下，高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生的反应可替代A装置中的反应，而且不需要加热，两个反应的产物中锰的价态相同．写出高锰酸钾固体粉末与浓盐酸反应的离子方程式：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑．
（2）E装置的作用是冷却和收集三氯化硼．如果拆去B装置，可能的后果是硼粉与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．
（3）实验中可以用一个盛装碱石灰（填试剂名称）的干燥管代替F和G装置，使实验更简便．
（4）三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸（H₃BO₃）和白雾，写出该反应的化学方程式：BCl₃+3H₂O=H3BO₃+3HCl↑；
（5）为了顺利完成实验，正确的操作是①（填序号）．
①先点燃A处酒精灯，后点燃D处酒精灯  
②先点燃D处酒精灯，后点燃A处酒精灯
③同时点燃A、D处酒精灯．

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，防止生成的B和HCl、BCl₃水解；D中制得BCl₃，然后用E得到BCl₃固体，为防止生成的BCl₃水解且防止倒吸现象，所以F起到缓冲作用并干燥，G吸收未反应的Cl₂，
（1）高锰酸钾与浓盐酸发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气和水；
（2）BCl₃的沸点为12.5℃，易挥发，应冷却收集；B用于除去HCl气体，可能会发生反应2B+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃↑+3H₂↑，在D中加热氢气与氯气的混合气体，易发生爆炸；
（3）F装置用于吸收水蒸气，避免G装置中的水蒸气进入U形管．G装置可以盛装氢氧化钠溶液吸收尾气，以此判断；
（4）三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸（H₃BO₃）和白雾，在实验室保存三氯化硼的注意事项要密封保存，防止受潮水解；
（5）①先点燃A处酒精灯，待整套装置中都充满Cl₂后再点燃D处酒精灯，使之发生反应；
②若先点燃D处酒精灯，这时B就与装置中的空气发生反应得到B₂O₃，再点燃A处酒精灯也不能产生BCl₃了；
③同时点燃A、D处酒精灯也会导致产生B₂O₃，影响制备BCl₃．

解答 解：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，防止生成的B和HCl、BCl₃水解；D中制得BCl₃，然后用E得到BCl₃固体，为防止生成的BCl₃水解且防止倒吸现象，所以F起到缓冲作用并干燥，G吸收未反应的Cl₂，
（1）在A装置中用高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生反应可以制取氯气，反应的离子方程式为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑，
故答案为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5Cl₂↑；
（2）三氯化硼的沸点低，易挥发，需要冷却产品．B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；
（3）F装置用于吸收水蒸气，避免G装置中的水蒸气进入U形管．G装置可以盛装氢氧化钠溶液吸收尾气，故实验中可以用一个盛装碱石灰的干燥管来代替F+G装置，
故答案为：碱石灰；
（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↑，故实验室应密封冷暗处保存三氯化硼，
故答案为：BCl₃+3H₂O═H₃BO₃+3HCl↑；
（5）①先点燃A处酒精灯，待整套装置中都充满Cl₂后再点燃D处酒精灯，使之发生反应，故正确；
②若先点燃D处酒精灯，这时B就与装置中的空气发生反应得到B₂O₃，再点燃A处酒精灯也不能产生BCl₃了，故错误；
③同时点燃A、D处酒精灯也会导致产生B₂O₃，影响制备BCl₃，错误；
故答案为：①．

点评 本实验属于物质制备与检验综合设计实验，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，题目涉及制备气体、净化气体、干燥气体和尾气处理，明确流程图中各个装置作用及其实验原理，题目难度中等．