Question

20．三氯化硼（BCl₃）是一種重要的化工原料，可用于制取乙硼烷（B₂H₆），也可作有機合成催化劑．某興趣小組擬選用下列裝置制備BCl₃（已知BCl₃的沸點為12.5℃，熔點為-107.3℃；2B+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃↑+3H₂↑．

請回答下列問題：
（1）裝置B中發生反應的化學方程式為2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃．
（2）按氣流方向連接各裝置的接口，順序為a-e-d-j-k-b-c-f-g-h．連接好裝置后的實驗操作是檢查裝置的氣密性．
（3）裝置D的作用是冷卻和收集三氯化硼；實驗中若不用裝置C，可能產生的危險是硼粉與氯化氫反應生成的產物中有氫氣，加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發生爆炸．
（4）BCl₃遇水發生水解觀察到大量的白霧，生成兩種酸，其反應的化學方程式為：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑．
（5）裝置E的作用除了可以吸收多余Cl₂外，還起到的作用是防止空氣中的水進入U形管．

Answer 1

分析 在加熱條件下，二氧化錳和濃鹽酸發生氧化還原反應生成Cl₂，但濃鹽酸具有揮發性，水被加熱也能蒸發，升高溫度加快濃鹽酸揮發、加快水蒸發，所以生成的Cl₂中含有HCl、H₂O，濃硫酸具有吸水性，飽和食鹽水能吸收Cl₂，濃硫酸能干燥氣體，從而得到較純凈的Cl₂，在B中制得BCl₃，然后用D得到BCl₃固體，為防止C中的水蒸氣進入D裝置使生成的BCl₃水解，F中裝濃硫酸進行干燥，E吸收未反應的Cl₂，
（1）硼與氯氣在加熱條件下反應生成三氯化硼；
（2）裝置連接的順序為氣體發生裝置---除雜裝置--反應裝置--收集裝置--尾氣處理裝置的順序，以此可確定連接順序，連接好裝置后的實驗操作是檢查裝置的氣密性；
（3）在D裝置的作用是冷卻和收集三氯化硼；如果拆去C裝置，可能會發生反應2B+6HCl△2BCl₃↑+3H₂↑，在B中加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發生爆炸；
（4）三氯化硼遇水劇烈反應生成硼酸（H₃BO₃）和白霧，該反應的化學方程式是BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；
（5）裝置E內裝有堿石灰，可與氯氣反應，防止污染空氣，具有吸水作用，可防止空氣中的水蒸氣進入U形管．

解答 解：（1）硼與氯氣在加熱條件下反應生成三氯化硼．反應的化學方程式為：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃，
故答案為：2B+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃；
（2）根據實驗目的“某興趣小組擬選用下列裝置制備BCl₃”，依據的原理是3Cl₂+2B$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BCl₃，所以裝置連接的順序應該為氣體發生裝置---除雜裝置--反應裝置--收集裝置--尾氣處理裝置的順序，又實驗室制備氯氣中夾雜有氯化氫和水，且應先除去HCl再除去水，按氣流方向連接各裝置的接口，順序為a→e→d→j→k→b→c→f→g→h，連接好裝置后的實驗操作是檢查裝置的氣密性，
故答案為：a→e→d→j→k→b→c；檢查裝置的氣密性；
（3）三氯化硼的沸點低，易揮發，需要冷卻產品，C裝置的作用是吸收Cl₂中混有的HCl，由題給資料知，硼與氯化氫反應生成的產物中有氫氣，加熱氫氣和氯氣的混合氣體，易發生爆炸；
故答案為：冷卻和收集三氯化硼；硼粉與氯化氫反應生成的產物中有氫氣，加熱氫氣與氯氣的混合氣體，易發生爆炸；
（4）因硼與鋁的性質相似，硼酸的化學式為H₃BO₃，類似鋁酸（H₃AlO₃）．因三氯化硼遇水能反應，反應的化學方程式為：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑，
故答案為：BCl₃+3H₂O=H₃BO₃+3HCl↑；
（5）裝置E是一個盛有堿石灰的干燥管，其作用一方面是吸收未反應的多余氯氣，另一個方面也防止空氣中的水蒸氣進入U形管，
故答案為：防止空氣中的水進入U形管．

點評 本實驗屬于物質制備與檢驗綜合設計實驗，涉及制備氣體、凈化氣體、干燥氣體和尾氣處理．題目難度中等．