Question

9．硼與鋁同主族，它是一種重要的戰(zhàn)略資源，硼酸微溶于水，對(duì)人體的受傷組織有緩和的防腐作用，故可以用于醫(yī)藥和食品防腐等方面，工業(yè)上以硼鎂礦（Mg₂B₂0₅•H₂0）為原料生產(chǎn)硼酸（H₃BO₃）的流程下，請(qǐng)問(wèn)答下列問(wèn)題

（1）沉淀I的主要成份（寫(xiě)化學(xué)式）為Mg（OH）₂，為加快堿浸速率，可采取的措施有（寫(xiě)兩點(diǎn)）鎂礦粉碎、適當(dāng)加熱，操作Ⅱ的名稱為過(guò)濾．
（2）紅外光譜研究表明溶液I含有BO₂^-（偏硼酸根），寫(xiě)出上述流程中生成硼砂（無(wú)水物化學(xué)式為Na₂B₄O₇）的離子方程式2Na⁺+4BO₂^-+CO₂=Na₂B₄O₇↓+CO₃^2-．
（3）寫(xiě)出硼砂與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄等物質(zhì)濃度的硼砂、蘇打、硫酸鈉溶液中pH大到小的順序?yàn)镹a₂B₄O₇＞Na₂CO₃＞Na₂SO₄（用化學(xué)式回答）．
（4）研究表明硼酸是一元酸，0.01mol硼酸最多可與20ml0.5mol•L^-1的NaOH溶液恰好完全中和，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式H₃BO₃+OH^-=BO₂^-+2H₂O．
（5）硼的化合物硼氫化鈉（NaBH₄）直接燃料電池（DBFC）因其能量密度高備受關(guān)注．在催化劑存在下，NaBH₄可水解產(chǎn)生穩(wěn)定的氫氣（氧化劑與還原劑物質(zhì)的量比為2：1），寫(xiě)出水解時(shí)的化學(xué)方程式NaBH₄+2H₂O=4H₂↑+NaBO₂．

Answer 1

分析 用氫氧化鈉溶液浸取硼鎂礦，溶液I含有BO₂^-，結(jié)合硼鎂礦的化學(xué)式可知沉淀I為Mg（OH）₂，過(guò)濾分離，濾液中通入二氧化碳調(diào)節(jié)pH，結(jié)晶析出硼砂（無(wú)水物化學(xué)式為Na₂B₄O₇），再加入硫酸得到硼酸，硼酸微溶于水，過(guò)濾分離．
（1）沉淀I的主要成份為氫氧化鎂，將硼鎂礦粉碎、攪拌、適當(dāng)加熱等可以加快堿浸速率，操作Ⅱ是分離互不相溶的固體與液體；
（2）溶液I含有Na⁺、BO₂^-離子，通入二氧化碳得到Na₂B₄O₇，還得到碳酸鈉或碳酸氫鈉；
（3）硼砂與硫酸反應(yīng)生成新酸與新鹽，反應(yīng)得到硼酸與硫酸鈉；
硫酸鈉為強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，硼砂、蘇打均為強(qiáng)堿弱酸鹽，由反應(yīng)可知硼酸的酸性比碳酸的弱；
（4）硼酸是一元酸，與氫氧化鈉按物質(zhì)的量1：1反應(yīng)，可以計(jì)算氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度；
（5）在催化劑存在下，NaBH₄可水解產(chǎn)生穩(wěn)定的氫氣（氧化劑與還原劑物質(zhì)的量比為2：1），水是氧化劑，結(jié)合質(zhì)量守恒、電荷守恒可知有BO₂^-生成．

解答 解：用氫氧化鈉溶液浸取硼鎂礦，溶液I含有BO₂^-，結(jié)合硼鎂礦的化學(xué)式可知沉淀I為Mg（OH）₂，過(guò)濾分離，濾液中通入二氧化碳調(diào)節(jié)pH，結(jié)晶析出硼砂（無(wú)水物化學(xué)式為Na₂B₄O₇），再加入硫酸得到硼酸，硼酸微溶于水，過(guò)濾分離．
（1）沉淀I的主要成份為Mg（OH）₂，將硼鎂礦粉碎、攪拌、適當(dāng)加熱、增大氫氧化鈉溶液濃度等可以加快堿浸速率，操作Ⅱ是分離互不相溶的固體與液體，采取過(guò)濾方法分離，
故答案為：Mg（OH）₂；鎂礦粉碎、適當(dāng)加熱；過(guò)濾；
（2）溶液I含有Na⁺、BO₂^-離子，通入二氧化碳得到Na₂B₄O₇，還得到碳酸鈉或碳酸氫鈉，反應(yīng)離子方程式為：2Na⁺+4BO₂^-+CO₂=Na₂B₄O₇↓+CO₃^2-，
故答案為：2Na⁺+4BO₂^-+CO₂=Na₂B₄O₇↓+CO₃^2-；
（3）硼砂與硫酸反應(yīng)生成新酸與新鹽，反應(yīng)得到硼酸與硫酸鈉，反應(yīng)化學(xué)方程式為：Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄，
硫酸鈉為強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，溶液呈中性，硼砂、蘇打均為強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液呈堿性，由反應(yīng)可知硼酸的酸性比碳酸的弱，Na₂B₄O₇溶液的堿性更強(qiáng)，故溶液pH順序：Na₂B₄O₇＞Na₂CO₃＞Na₂SO₄，
故答案為：Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄；Na₂B₄O₇＞Na₂CO₃＞Na₂SO₄；
（4）硼酸是一元酸，與氫氧化鈉按物質(zhì)的量1：1反應(yīng)，消耗NaOH為0.01mol，則氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.01mol}{0.02L}$=0.05mol/L，反應(yīng)方程式為：H₃BO₃+OH^-=BO₂^-+2H₂O，
故答案為：0.5；H₃BO₃+OH^-=BO₂^-+2H₂O；
（5）在催化劑存在下，NaBH₄可水解產(chǎn)生穩(wěn)定的氫氣（氧化劑與還原劑物質(zhì)的量比為2：1），水是氧化劑，NaBH₄+2H₂O→4H₂，結(jié)合質(zhì)量守恒、電荷守恒可知有BO₂^-生成，水解時(shí)的化學(xué)方程式為：NaBH₄+2H₂O=4H₂↑+NaBO₂，
故答案為：NaBH₄+2H₂O=4H₂↑+NaBO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及物質(zhì)的分離提純、對(duì)操作與原理的分析、化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等，側(cè)重對(duì)方程式書(shū)寫(xiě)的考查，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．