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，可溶于異丙胺(沸點：33℃)

(1)在第①步反應加料之前，需要將反應器加熱至 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與水反應生成H2 : NaBH4 + 2H2O=NaBO2+4H2↑ (已知：HBO2是弱酸)。 實驗測得，NaBH4每消耗一半所用的時間與溶液 pH、溫度的關系如下表：

pH	8	10	12	1 4
溫度/℃	25	25	25	25
時間/ min	6. 2 ×10-1	6. 2 ×10	6. 2 ×103	6. 2 ×105

①NaBH4與水反應開始釋放H2很快 ，經過一段時間后就緩慢下來 ，可能原因一是反應物濃度降低 ；二是________；

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

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，可以測定NaBH4與水反應生成 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實驗中使用恒壓滴液漏斗的原因為_________；

②氣體生成結束后，水準管中的液面會高于量氣管中的液面，此時量氣管讀數會_____( 填“偏大”或“偏小”)需要將水準管慢慢向下移動，則量氣管中的液面會__________(填“上升”或“下降”)；

③在此條件下，0. 38 g NaBH4開始反應至剩余 0. 19 g 時，實驗測得量氣管內氣體體積為124mL，則這段時間內，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 過濾 蒸餾 反應生成了堿性的NaBO2，抑制反應的進一步進行 c 平衡壓強，便于液體順利滴下 偏小 下降 2.0

【解析】

NaBO2、SiO2、Na和H2在一定條件下反應生成NaBH4、Na2SiO3固體混合物，NaBH4常溫下能與水反應，且氫氣和氧氣混合加熱易產生爆炸，為防止NaBH4水解、防止產生安全事故，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：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH4。

(1)根據分析可知在第①步反應加料之前，需要將反應器加熱至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濾；異丙胺沸點為33℃，所以可以通過蒸餾分離NaBH4并回收溶劑；

(2)①由表中數據可知在相同溫度下，pH越大，硼氫化鈉每消耗一半所用的時間越來越長，即反應速率越小，而硼氫化鈉與水反應會生成NaBO2，NaBO2水解會使溶液顯堿性，從而抑制了反應的進一步進行，降低反應速率；

②為加快生成氫氣的速率，應增大溶液中的氫離子濃度，而NaBH4中-1價的氫元素易被氧化，不能加入具有強氧化性的硝酸，會生成氮氧化物，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部和三頸燒瓶中的壓強，便于液體順利流下；

②讀數時應使左右液面相等，以免帶來實驗誤差，水準管中的液面會高于量氣管中的液面，會導致左側壓強過大，導致讀數偏小，而需要將水準管慢慢向下移動，則量氣管中的壓強減小，液面下降；

③在此條件下，0.38 g NaBH4開始反應至剩余0.19g時，實驗測得量氣管內氣體體積為124mL，由表中數據可知pH=10，25℃條件下，硼氫化鈉每消耗一半的時間為6.2×10min，則反應速率為=2.0mLmin-1。