Question

將硼酸、發煙硫酸、螢石粉共熱得到無色氣體A，A為平面構型分子，密度約為空氣的2.3倍，A用乙醚吸收后得到液態物質B。液態乙酸中存在微弱的自偶電離，離子電導率為139μS/cm，將B加入乙酸中形成均一透明的無色溶液，發現乙酸的離子電導率顯著增強，達到1300-5800μS/cm，B與乙酸的混合溶液是具有良好應用前景的非水型電解質，與傳統的水溶液電解質體系相比有獨特的優勢，擴大了電化學反應研究的物質范圍和電位研究區間。試回答下列問題：
⑴　寫出A、B的結構簡式  A _____________，B______________
⑵　寫出生成A的化學反應方程式____________________________________
⑶　用方程式表示乙酸的自偶電離過程，并分析乙酸中加入B后，電導率顯著提高的原因
⑷　紅外光譜顯示，純乙酸中存在兩種羧羥基吸收峰，分析這兩種峰產生的原因
⑸　為什么說非水型電解質可以擴大電化學反應研究的物質范圍和電位區間？

Answer 1

⑴　A：BF₃,    B：(CH₃CH₂)₂O·BF₃        （2分，各1分）
⑵　3H₂SO₄ + 2H₃BO₃ + 3CaF₂ ="==" 2BF₃ + 3CaSO₄ + 6H₂O   2分
⑶　2CH₃COOH  CH₃COOH₂⁺ + CH₃COO^-，加入(CH₃CH₂)₂O·BF₃后，(CH₃CH₂)₂O·BF₃
是強路易斯酸，形成了CH₃COOBF₃^-離子，促進了乙酸的自偶電離
2CH₃COOH + BF₃ ="=" CH₃COOBF₃^- + CH₃COOH₂⁺   （2分）
⑷　乙酸中存在單分子和締合分子兩種狀態  （1分）
⑸　水溶液中難溶或不溶的物質在非水電解質中可以研究，故擴大了研究的物質范圍；在水溶液中，電解電位受到析氫電位和析氧電位的區間限制，而非水電解質中擴大了研究的電位區間限制。（意思對即可）（2分）

⑴　A的摩爾質量約為29×2.3＝67(g/mol)，且為平面分子，結合反應物中存的原子種類，可以推測A為BF₃，經驗證正確。B為BF₃與O(CH₂CH₃)₂的簡單加合產物，即F₃B←O(CH₂CH₃)₂。
⑵　A的生成過程可以看成是兩個反應的結果，即CaF₂與濃H₂SO₄反應生成HF，然后生的HF迅速與H₃BO₃發生化學反應生成BF₃和水。當然也可以把兩個方程式寫成一個反應方程式：3H₂SO₄ + 2H₃BO₃ + 3CaF₂ ="==" 2BF₃ + 3CaSO₄ + 6H₂O。
⑶　自偶電離過程，可以與水的自偶電離進行類比。因此乙酸的自偶電離過程可表示為：2CH₃COOH  CH₃COOH₂⁺ + CH₃COO^-，即乙酸分子之間H^＋的傳遞過程。當乙酸中加入B后，溶液導電能力明顯增加，說明溶液中可以“自由”移動離子濃度增加，也就是說B的加入促進了乙酸的電離，這是因為BF₃是強的路易斯酸，它能與CH₃COO^－形成穩定的配合物，從而促進了乙酸的電離。
⑷　在單分子的乙酸，由于只存在一種化學環境的羧羥基，因此只能在紅外光譜中觀察到一種吸收峰。但是在實際情況中存在兩種紅外吸收峰，也就意味著存在兩種不同化學環境的羧羥基，結合乙酸的性質，說明純乙酸中，有一部分乙酸以單分子形式存在，也存在一部分因氫鍵形成了雙聚的乙酸分子。
⑸　水溶液中難溶或不溶的物質在非水電解質中可以研究，故擴大了研究的物質范圍；在水溶液中，電解電位受到析氫電位和析氧電位的區間限制，而非水電解質中擴大了研究的電位區間限制。