Question

13．用硼鎂礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O，含少量A1₂O₃和Fe₃O₄）制取粗硼的工藝流程為：

已知：①硼與鋁的性質相似，也能與氫氧化鈉溶液反應．
②2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑
③BCl₃的熔點為-107.3℃，沸點為l2.5℃，在潮濕空氣中易形成白霧．
I．回答下列問題：
（1）證明溶液B中含有鐵元素的方法是取少許溶液B于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，溶液變紅色，說明含有Fe元素
（2）Mg與X反應制取粗硼的化學方程式3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO
（3）上圖中制取MgCl₂的“一定條件”是指HCl氛圍、加熱
II．某同學設計如圖所示裝置制備三氯化硼．

回答下列問題：
（4）E裝置的作用是冷卻并收集BCl₃．
（5）如果去掉B裝置，可能的后果是加熱時B與HCl反應生成的氫氣與氯氣混合易發生爆炸．
（6）E裝置后面還應連接的一個裝置是d．

Answer 1

分析 I．硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O，可以看做2MgO•B₂O₃•H₂O，含有少量雜質A1₂O₃和Fe₃O₄，用濃氫氧化鈉溶液溶解，B₂O₃、A1₂O₃與氫氧化鈉反應得到NaBO₂、NaAlO₂，而MgO、Fe₃O₄不與氫氧化鈉反應，過濾得到濾渣為MgO、Fe₃O₄，濾液A中為NaBO₂、NaAlO₂及剩余的NaOH，濃縮后通入過量的二氧化碳，經過系列操作得到H₃BO₃，加熱得到B₂O₃，再與Mg發生置換反應反應得到B與MgO．
濾渣與過量的濃鹽酸反應得到溶液B中有MgCl₂、FeCl₃及未反應的HCl，加入氧化鎂等調節溶液pH，使溶液中鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，再過濾除去，溶液進行蒸發結晶得到MgCl₂•7H₂O，在HCl氛圍下加熱分解得到MgCl₂，以防止氯化鎂水解，再電解熔融的MgCl₂得到金屬Mg及氯氣．（1）中溶液B中含有的鐵元素以Fe³⁺形式存在，用KSCN溶液進行檢驗；
Ⅱ．BCl₃在潮濕空氣中易形成白霧，遇水發生水解反應，應在無水環境下進行，裝置A制備氯氣，制備的氯氣中含有揮發出的HCl，由于B與HCl可以發生反應：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氫氣與氯氣易發生爆炸，B裝置吸收HCl，C裝置由于干燥氯氣，D裝置中B與氯氣反應生成BCl₃，由于BCl₃的沸點較低，反應得到為氣態BCl₃，E裝置利用冰水冷卻收集得到液體BCl₃，由于未反應的氯氣會污染環境，需要在E裝置之后添加吸收氯氣裝置，同時防止空氣中的水蒸氣加入D中，防止BCl₃發生水解．

解答 解：I．硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O，可以看做2MgO•B₂O₃•H₂O，含有少量雜質A1₂O₃和Fe₃O₄，用濃氫氧化鈉溶液溶解，B₂O₃、A1₂O₃與氫氧化鈉反應得到NaBO₂、NaAlO₂，而MgO、Fe₃O₄不與氫氧化鈉反應，過濾得到濾渣為MgO、Fe₃O₄，濾液A中為NaBO₂、NaAlO₂及剩余的NaOH，濃縮后通入過量的二氧化碳，經過系列操作得到H₃BO₃，加熱得到B₂O₃，再與Mg發生置換反應反應得到B與MgO．
濾渣與過量的濃鹽酸反應得到溶液B中有MgCl₂、FeCl₃及未反應的HCl，加入氧化鎂等調節溶液pH，使溶液中鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，再過濾除去，溶液進行蒸發結晶得到MgCl₂•7H₂O，在HCl氛圍下加熱分解得到MgCl₂，以防止氯化鎂水解，再電解熔融的MgCl₂得到金屬Mg及氯氣．
（1）中溶液B中含有的鐵元素以Fe³⁺形式存在，用KSCN溶液進行檢驗，具體操作為：取少許溶液B于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，溶液變紅色，說明含有Fe元素，
故答案為：取少許溶液B于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，溶液變紅色，說明含有Fe元素；
（2）Mg與B₂O₃得到B與MgO，反應方程式為：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案為：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO；
（3）MgCl₂•7H₂O在HCl氛圍下加熱分解得到MgCl₂，以防止氯化鎂水解，
故答案為：HCl氛圍、加熱；
Ⅱ．BCl₃在潮濕空氣中易形成白霧，遇水發生水解反應，應在無水環境下進行，裝置A制備氯氣，制備的氯氣中含有揮發出的HCl，由于B與HCl可以發生反應：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氫氣與氯氣易發生爆炸，B裝置吸收HCl，C裝置由于干燥氯氣，D裝置中B與氯氣反應生成BCl₃，由于BCl₃的沸點較低，反應得到為氣態BCl₃，E裝置利用冰水冷卻收集得到液體BCl₃，由于未反應的氯氣會污染環境，需要在E裝置之后添加吸收氯氣裝置，同時防止空氣中的水蒸氣加入D中，防止BCl₃發生水解．
（4）由上述分析可知，E裝置的作用是：冷卻并收集BCl₃，故答案為：冷卻并收集BCl₃；
（5）B裝置吸收HCl，若去掉B裝置，B與HCl可以發生反應：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氫氣與氯氣易發生爆炸，
故答案為：加熱時B與HCl可以發生反應：2B+6HCl（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃+3H₂↑，生成的氫氣與氯氣混合易發生爆炸，
故答案為：加熱時B與HCl反應生成的氫氣與氯氣混合易發生爆炸；
（6）由于未反應的氯氣會污染環境，BCl₃遇水發生水解，故需要在E裝置之后添加吸收氯氣裝置，同時防止空氣中的水蒸氣加入D中，防止BCl₃發生水解，
a中濃硫酸不能吸收剩余的氯氣，bc均含有水，水蒸氣可以進入E中，導致BCl₃發生水解，d中堿石灰可以吸收氯氣與空氣中水蒸氣，故選：d．

點評 本題考查實驗制備方案，側重考查學生對裝置的分析評價、實驗條件的控制等，明確原理是解題關鍵，是對學生綜合能力的考查，注意對題目信息的提取與運用，難度中等．