Question

3．三氯化磷（PCl₃）是一種重要的有機合成催化劑．實驗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反應生成PCl₃，與過量Cl₂反應生成PCl₅．PCl₃遇O₂會生成POCl₃（三氯氧磷），POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸點見下表．

物質	熔點/℃	沸點/℃
PCl3	-112	75.5
POCl3	2	105.3

請回答：
（1）寫出A中反應的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B裝置中所盛試劑是濃硫酸；E中燒杯內冷水的作用是冷凝PCl₃防止其揮發(fā)便于收集產品．
（3）檢查裝置氣密性后，向D裝置的曲頸瓶中加入紅磷，打開K₃通入干燥的CO₂，一段時間后關閉K₃，加熱曲頸瓶至上部有黃色升華物出現時通入氯氣，反應立即進行．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．
（4）實驗制得的粗產品中常含有POCl₃、PCl₅等，加入紅磷加熱除去PCl₅后，再通過蒸餾（填實驗名稱）即可得到較純凈的PCl₃．
（5）實驗后關閉K₁，打開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，（假設反應生成了NaCl、NaClO 和 NaClO₃ 等鈉鹽），則反應中轉移電子的物質的量（n）的范圍是0.15mol＜n＜0.25mol．

Answer 1

分析 實驗室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會強烈水解，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入燒瓶和PCl₃反應，
（1）A裝置中二氧化錳和濃鹽酸反應制取氯氣，據此書寫離子反應方程式；
（2）氯氣為酸性氣體，需用酸性干燥劑干燥，三氯化磷沸點低，可用冷水冷凝收集；
（3）防止PCl₃與O₂等發(fā)生副反應，通入二氧化碳趕凈空氣；
（4）依據物質的沸點數值不同，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，根據轉移電子守恒得n（C1^-）=n（ClO^-）+5n（ClO₃^-），根據方程式Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O、3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O可知，氧化產物只有NaClO，根據氯原子守恒2n（Cl₂）=n（NaCl）+n（NaClO）+n（NaClO₃）計算氯氣量；利用極限法解答，根據方程式Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O、3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O可知，氧化產物只有NaClO，轉移電子數最少，氧化產物只有NaClO₃，轉移電子數最多．

解答 解：實驗室要用黃磷（白磷）與干燥的Cl₂模擬工業(yè)生產制取PCl₃流程為：A裝置濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、氯氣和水，制得氯氣，因PCl₃遇水會強烈水解，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入燒瓶和PCl₃反應，
（1）A裝置中，加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳二者反應生成氯化錳、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遇水會強烈水解，所以氯氣需干燥，氯氣和濃硫酸不反應，所以能用濃硫酸干燥氯氣，PCl₃沸點為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入燒瓶和PCl₃反應，
故答案為：濃硫酸；冷凝PCl₃防止其揮發(fā)便于收集產品；
（3）通入一段時間的CO₂可以排盡裝置中的空氣，防止PCl₃與O₂等發(fā)生副反應，
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；
（4）由信息可知，POCl₃與PCl₃都是液體，沸點相差較大，故可以用蒸餾的方法進行分離，實驗制得的粗產品中常含有POCl₃、PCl₅等，加入紅磷加熱除去PCl₅后，再通過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，根據方程式Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O、3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O可知，氧化產物只有NaClO時轉移電子數最少，為0.3mol×$\frac{1}{2}$×1=0.15mol，
氧化產物只有NaClO₃時，轉移電子數最多，為0.3mol×$\frac{5}{6}$×1=0.25mol，反應中轉移電子的物質的量（n）的范圍是0.15mol＜n＜0.25mol；
故答案為：0.15mol＜n＜0.25mol．

點評 本題考查制備方案的設計，題目難度中等，是對知識的綜合運用，理解實驗原理是解題的關鍵，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用分析解決問題的能力，注意題中信息PCl₃遇O₂會生成POCl₃，POCl₃溶于PCl₃，PCl₃遇水會強烈水解生成H₃PO₃和HCl．PCl₃、POCl₃的熔沸點為解答關鍵．