Question

【題目】硼氫化鈉(NaBH4)是常用的還原劑，用途廣泛。某探究小組采用偏硼酸鈉(NaBO2)為主要原料制備NaBH4，其流程如下：

已知：NaBH4常溫下易與水反應(yīng)，可溶于異丙胺(沸點(diǎn)：33℃)

(1)在第①步反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)器加熱至 100 ℃以上并通入氬氣 ，該操作的目的是______；第②步分離采用的方法是______；第③步分離NaBH4并回收溶劑，采用的方法是_____；

(2)NaBH4與水反應(yīng)生成H2 : NaBH4 + 2H2O=NaBO2+4H2↑ (已知：HBO2是弱酸)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得，NaBH4每消耗一半所用的時(shí)間與溶液 pH、溫度的關(guān)系如下表：

pH	8	10	12	1 4
溫度/℃	25	25	25	25
時(shí)間/ min	6. 2 ×10-1	6. 2 ×10	6. 2 ×103	6. 2 ×105

①NaBH4與水反應(yīng)開始釋放H2很快 ，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就緩慢下來(lái) ，可能原因一是反應(yīng)物濃度降低 ；二是________；

②為了加快制取的H2速率，常將一些促進(jìn)劑投入水中，下列物質(zhì)中可作為促進(jìn)劑的是__；

a. 碳酸鉀 b. 稀硝酸 c 硫酸氫鈉 d. 氨水

(3)利用如圖所示裝置，可以測(cè)定NaBH4與水反應(yīng)生成 H2的速率，在pH =10、25℃條件下，將恒壓滴液漏斗中NaBH4滴加到含有催化劑的三頸燒瓶中。

①實(shí)驗(yàn)中使用恒壓滴液漏斗的原因?yàn)?/span>_________；

②氣體生成結(jié)束后，水準(zhǔn)管中的液面會(huì)高于量氣管中的液面，此時(shí)量氣管讀數(shù)會(huì)_____( 填“偏大”或“偏小”)需要將水準(zhǔn)管慢慢向下移動(dòng)，則量氣管中的液面會(huì)__________(填“上升”或“下降”)；

③在此條件下，0. 38 g NaBH4開始反應(yīng)至剩余 0. 19 g 時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得量氣管內(nèi)氣體體積為124mL，則這段時(shí)間內(nèi)，生成H2的平均速率是_______mL·min-1。

Answer 1

【答案】除去裝置中的空氣和水蒸氣 過(guò)濾 蒸餾 反應(yīng)生成了堿性的NaBO2，抑制反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行 c 平衡壓強(qiáng)，便于液體順利滴下 偏小 下降 2.0

【解析】

NaBO2、SiO2、Na和H2在一定條件下反應(yīng)生成NaBH4、Na2SiO3固體混合物，NaBH4常溫下能與水反應(yīng)，且氫氣和氧氣混合加熱易產(chǎn)生爆炸，為防止NaBH4水解、防止產(chǎn)生安全事故，需要將裝置中的空氣和水蒸氣排出；NaBH4可溶于異丙胺，所以加入異丙胺將NaBH4溶解，Na2SiO3不溶于異丙胺，過(guò)濾將二者分離，得到的濾渣成分是Na2SiO3，濾液為NaBH4的異丙胺溶液；異丙胺沸點(diǎn)：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH4。

(1)根據(jù)分析可知在第①步反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)器加熱至100℃以上并通入氬氣，目的是除去裝置中的空氣和水蒸氣；NaBH4可溶于異丙胺，加入異丙胺將NaBH4溶解，Na2SiO3不溶于異丙胺，所以第②步分離采用的方法是過(guò)濾；異丙胺沸點(diǎn)為33℃，所以可以通過(guò)蒸餾分離NaBH4并回收溶劑；

(2)①由表中數(shù)據(jù)可知在相同溫度下，pH越大，硼氫化鈉每消耗一半所用的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，即反應(yīng)速率越小，而硼氫化鈉與水反應(yīng)會(huì)生成NaBO2，NaBO2水解會(huì)使溶液顯堿性，從而抑制了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，降低反應(yīng)速率；

②為加快生成氫氣的速率，應(yīng)增大溶液中的氫離子濃度，而NaBH4中-1價(jià)的氫元素易被氧化，不能加入具有強(qiáng)氧化性的硝酸，會(huì)生成氮氧化物，所以可加入硫酸氫鈉，故答案為：c；

(3)①滴液漏斗可以平衡漏斗內(nèi)部和三頸燒瓶中的壓強(qiáng)，便于液體順利流下；

②讀數(shù)時(shí)應(yīng)使左右液面相等，以免帶來(lái)實(shí)驗(yàn)誤差，水準(zhǔn)管中的液面會(huì)高于量氣管中的液面，會(huì)導(dǎo)致左側(cè)壓強(qiáng)過(guò)大，導(dǎo)致讀數(shù)偏小，而需要將水準(zhǔn)管慢慢向下移動(dòng)，則量氣管中的壓強(qiáng)減小，液面下降；

③在此條件下，0.38 g NaBH4開始反應(yīng)至剩余0.19g時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得量氣管內(nèi)氣體體積為124mL，由表中數(shù)據(jù)可知pH=10，25℃條件下，硼氫化鈉每消耗一半的時(shí)間為6.2×10min，則反應(yīng)速率為=2.0mLmin-1。