Question

3．三氯化磷（PCl₃）是一種重要的有機(jī)合成催化劑．實(shí)驗(yàn)室常用紅磷與干燥的Cl₂制取PCl₃，裝置如圖所示．

已知：紅磷與少量Cl₂反應(yīng)生成PCl₃，與過(guò)量Cl₂反應(yīng)生成PCl₅．PCl₃遇O₂會(huì)生成POCl₃（三氯氧磷），POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸點(diǎn)見(jiàn)下表．

物質(zhì)	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

請(qǐng)回答：
（1）寫出A中反應(yīng)的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B裝置中所盛試劑是濃硫酸；E中燒杯內(nèi)冷水的作用是冷凝PCl₃防止其揮發(fā)便于收集產(chǎn)品．
（3）檢查裝置氣密性后，向D裝置的曲頸瓶中加入紅磷，打開(kāi)K₃通入干燥的CO₂，一段時(shí)間后關(guān)閉K₃，加熱曲頸瓶至上部有黃色升華物出現(xiàn)時(shí)通入氯氣，反應(yīng)立即進(jìn)行．其中通入干燥CO₂的目的是排盡曲頸瓶中的空氣，防止PCl₃與O₂等發(fā)生副反應(yīng)．
（4）實(shí)驗(yàn)制得的粗產(chǎn)品中常含有POCl₃、PCl₅等，加入紅磷加熱除去PCl₅后，再通過(guò)蒸餾（填實(shí)驗(yàn)名稱）即可得到較純凈的PCl₃．
（5）實(shí)驗(yàn)后關(guān)閉K₁，打開(kāi)K₂，將A、B中剩余氯氣通入300ml 1mol/L的NaOH溶液中．若NaOH恰好完全反應(yīng)，（假設(shè)反應(yīng)生成了NaCl、NaClO 和 NaClO₃ 等鈉鹽），則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量（n）的范圍是0.15mol＜n＜0.25mol．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產(chǎn)制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解，所以氯氣需干燥，B裝置利用濃硫酸干燥氯氣，利用二氧化碳排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃，PCl₃沸點(diǎn)為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進(jìn)入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入燒瓶和PCl₃反應(yīng)，
（1）A裝置中二氧化錳和濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣，據(jù)此書寫離子反應(yīng)方程式；
（2）氯氣為酸性氣體，需用酸性干燥劑干燥，三氯化磷沸點(diǎn)低，可用冷水冷凝收集；
（3）防止PCl₃與O₂等發(fā)生副反應(yīng)，通入二氧化碳趕凈空氣；
（4）依據(jù)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)值不同，可以利用蒸餾的方法分離出三氯化磷；
（5）n（NaOH）=1mol/L×0.3L=0.3mol/L，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（C1^-）=n（ClO^-）+5n（ClO₃^-），根據(jù)方程式Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O、3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O可知，氧化產(chǎn)物只有NaClO，根據(jù)氯原子守恒2n（Cl₂）=n（NaCl）+n（NaClO）+n（NaClO₃）計(jì)算氯氣量；利用極限法解答，根據(jù)方程式Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O、3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O可知，氧化產(chǎn)物只有NaClO，轉(zhuǎn)移電子數(shù)最少，氧化產(chǎn)物只有NaClO₃，轉(zhuǎn)移電子數(shù)最多．

解答 解：實(shí)驗(yàn)室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產(chǎn)制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解，所以氯氣需干燥，B裝置利用濃硫酸干燥氯氣，K₃利用二氧化碳排盡裝置中的空氣，防止黃磷（白磷）自燃，PCl₃沸點(diǎn)為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進(jìn)入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入燒瓶和PCl₃反應(yīng)，
（1）A裝置中，加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳二者反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）因PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解，所以氯氣需干燥，氯氣和濃硫酸不反應(yīng)，所以能用濃硫酸干燥氯氣，PCl₃沸點(diǎn)為75.5℃，利用E裝置防止PCl₃揮發(fā)（冷凝），因尾氣中含有有毒氣體氯氣，且空氣中水蒸氣可能進(jìn)入裝置，所以用F裝置利用堿石灰吸收多余的Cl₂，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入燒瓶和PCl₃反應(yīng)，
故答案為：濃硫酸；冷凝PCl₃防止其揮發(fā)便于收集產(chǎn)品；
（3）通入一段時(shí)間的CO₂可以排盡裝置中的空氣，防止PCl₃與O₂等發(fā)生副反應(yīng)，
故答案為：排盡曲頸瓶中的空氣，防止PCl₃與O₂等發(fā)生副反應(yīng)；
（4）由信息可知，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點(diǎn)相差較大，故可以用蒸餾的方法進(jìn)行分離，實(shí)驗(yàn)制得的粗產(chǎn)品中常含有POCl₃、PCl₅等，加入紅磷加熱除去PCl₅后，再通過(guò)蒸餾即可得到較純凈的PCl₃；
故答案為：蒸餾；
（5）n（NaOH）=1mol/L×0.3L=0.3mol/L，根據(jù)方程式Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O、3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O可知，氧化產(chǎn)物只有NaClO時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)最少，為0.3mol×$\frac{1}{2}$×1=0.15mol，
氧化產(chǎn)物只有NaClO₃時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)最多，為0.3mol×$\frac{5}{6}$×1=0.25mol，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量（n）的范圍是0.15mol＜n＜0.25mol；
故答案為：0.15mol＜n＜0.25mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用分析解決問(wèn)題的能力，注意題中信息PCl₃遇O₂會(huì)生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會(huì)強(qiáng)烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸點(diǎn)為解答關(guān)鍵．