Question

【題目】硼氫化鈉(NaBH4)是應(yīng)用廣泛、性能較好的還原劑，以硼酸、甲醇和氫化鈉(NaH)為原料可制得硼氫化鈉。某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲利用下圖所示路線在實(shí)驗(yàn)室合成硼氫化鈉。

I.氫化鈉的制備

已知NaH的化學(xué)反應(yīng)活性很高，在潮濕的空氣中能自燃，與酸接觸即放出熱量和氫引發(fā)燃燒甚至爆炸。該小組的同學(xué)利用下圖中的裝置在實(shí)驗(yàn)室制取NaH。

(1)NaH中氫元素的化合價(jià)為___________，NaH的電子式為___________。

(2)按氣流方向連接各儀器接口，順序?yàn)?/span>a→___________b→c(填接口字母)；連接裝置后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在給裝置B加熱前，必須進(jìn)行的一步操作是___________。

(3)裝置A中盛裝稀鹽酸的儀器名稱為___________，裝置D中應(yīng)盛裝的試劑是___________。

(4)經(jīng)分析，該實(shí)驗(yàn)裝置有一個(gè)明顯的不足是____________，解決此不足的措施是__________。

Ⅱ.硼氫化鈉的制備與純度測(cè)定

在攪拌加熱到220℃時(shí)，向盛裝NaH的縮合反應(yīng)罐中加入硼酸三甲酯[B(OCH3)3]，升溫到260℃，充分反應(yīng)后，經(jīng)過處理得到NaBH4和甲醇鈉。

(5)某同學(xué)欲通過測(cè)定硼氫化鈉與水反應(yīng)生成氫氣的體積來測(cè)定硼氫化鈉產(chǎn)品的純度。

已知：NaH+H2O=H2↑+NaOH。

①硼氫化鈉與水反應(yīng)可以產(chǎn)生大量氫氣和偏硼酸鈉，該反應(yīng)方程式為___________。

②該同學(xué)用圖裝置測(cè)定硼氫化鈉產(chǎn)品的純度(雜質(zhì)只有氫化鈉)。裝置中a的作用是_________；稱取6.28g氫化鈉樣品，重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作三次，測(cè)得生成氣體的平均體積為13.44L(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則樣品中硼氫化鈉的純度為___________%(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

Answer 1

【答案】-1 g→f→d→e 檢驗(yàn)H2的純度 分液漏斗 堿液 未防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置B中 在裝置B之后連接一個(gè)干燥裝置 NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑ 平衡氣壓，便于液體順利滴下 85

【解析】

(1)根據(jù)Na的化合價(jià)為+1價(jià)，化合物中所有元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和等于0分析；二者形成離子化合物，每種微粒達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；

(2)在A裝置中制取H2，通過D裝置除去H2中的HCl雜質(zhì)，再通過C裝置干燥，最后通過B裝置制取NaH；除雜、干燥的裝置的導(dǎo)氣管都是長(zhǎng)進(jìn)短出；由于H2是可燃性氣體，在加熱制取NaH前，首先要檢驗(yàn)H2純度，然后再加熱；

(3)根據(jù)裝置圖中A的結(jié)構(gòu)判斷盛裝稀鹽酸的儀器名稱為；裝置D的作用是除去氫氣中的HCl雜質(zhì)，可根據(jù)HCl的性質(zhì)，確定其中應(yīng)盛裝的試劑；

(4)根據(jù)NaH在潮濕的空氣中能自燃,結(jié)合裝置圖中各個(gè)裝置的作用可知缺少一個(gè)干燥裝置；缺少什么就及時(shí)補(bǔ)救什么裝置；

(5)①根據(jù)已知物質(zhì)和待求物質(zhì)結(jié)合質(zhì)量守恒定律書寫方程式；

②導(dǎo)管a起連通器的作用，根據(jù)其連接的位置、結(jié)合其作用分析；

稱取6.28g氫化鈉樣品，發(fā)生的反應(yīng)可能有NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑、Na+H2O=NaOH+H2↑，由放出氫氣的體積計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)固體的質(zhì)量、H2的物質(zhì)的量，可計(jì)算出硼氫化鈉的質(zhì)量，最后可得其純度。

(1)在NaH中Na的化合價(jià)為+1價(jià)，由于在化合物中所有元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和等于0，所有H為-1價(jià)；NaH為離子化合物，Na失去最外層電子形成Na+，H原子獲得1個(gè)電子形成H-，二者通過離子鍵結(jié)合，電子式為；

(2)在A裝置中用稀鹽酸與Zn反應(yīng)制取H2，由于鹽酸具有揮發(fā)性，制取的H2中含有HCl、H2O，然后通過D裝置除去HCl氣體，再通過C裝置的濃硫酸對(duì)H2進(jìn)行干燥，導(dǎo)氣管都是長(zhǎng)進(jìn)短出，這時(shí)就得到干燥、純凈的H2，將其通過B裝置，驅(qū)趕裝置內(nèi)的空氣，待排出的氣體為純凈的氫氣時(shí)，給裝置B加熱，發(fā)生反應(yīng)：2Na+H22NaH；所以按氣流方向連接各儀器接口，順序?yàn)?/span>a→g→f→d→e→b→c；在給裝置B加熱前，必須進(jìn)行的一步操作是檢驗(yàn)從c排出的H2的純度；

(3)根據(jù)裝置圖可在儀器A是分液漏斗；裝置D目的是除去H2中的HCl雜質(zhì)，可根據(jù)HCl的水溶液顯酸性，用堿性物質(zhì)的水溶液如NaOH溶液來吸收除去HCl雜質(zhì)；

(4) NaH在潮濕的空氣中能自燃,根據(jù)(2)的分析中制取裝置各個(gè)部分的作用，可知還缺少一個(gè)防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置B的裝置；解決此不足的措施是在裝置B之后連接一個(gè)干燥裝置；

(5)①由于硼氫化鈉與水反應(yīng)可以產(chǎn)生大量氫氣和偏硼酸鈉，則該反應(yīng)方程式為NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑；

②導(dǎo)管a起連通器的作用，使液面上下氣體壓強(qiáng)一致，這樣漏斗中的液體在重力作用下可以順利滴下。因此裝置中a的作用是平衡氣壓，便于液體順利滴下；

6.28g氫化鈉樣品，發(fā)生反應(yīng)：NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑、NaH+H2O=NaOH+H2↑，放出氫氣的物質(zhì)的量為n(H2)= 13.44L÷22.4L/mol=0.6mol，假設(shè)NaBH4是物質(zhì)的量為x，NaH的物質(zhì)的量為y，則38x+24y=6.28g；4x+y=0.6，解得x=0.14mol，y=0.04mol，則樣品中硼氫化鈉的純度為=85%。