Question

硼、鎂及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛．
已知：硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅?H₂O，硼砂的化學式為Na₂B₄O₇?10H₂O．利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程為：

回答下列有關(guān)問題：
（1）硼砂溶于熱水后，常用H₂SO₄調(diào)pH2～3制取H₃BO₃，反應的離子方程式為

 

．
H₃BO₃微溶于水，為一元弱酸，但其酸性并不是源于其結(jié)構(gòu)中羥基的電離，請寫出其電離方程式

 

．
（2）MgCl₂?7H₂O需要在HCl氛圍中加熱，其目的是

 

．若用惰性電極電解MgCl₂溶液，其陰極反應式為

 

．
（3）鎂-H₂O₂酸性燃料電池的反應機理為Mg+H₂O₂+2H⁺═Mg²⁺+2H₂O，則正極反應式為

 

．若起始電解質(zhì)溶液pH=1，則pH=2時溶液中Mg²⁺離子濃度為

 

．已知Ksp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，當溶液pH=7時

 

（填“有”或“沒有”）Mg（OH）₂沉淀析出．
（4）制得的粗硼在一定條件下生成BI₃，BI₃加熱分解可以得到純凈的單質(zhì)硼．現(xiàn)將 0.020g粗硼制成的BI₃完全分解，生成的I₂用0.30mol?L^-1 Na₂S₂O₃（H₂S₂O₃為弱酸）溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．盛裝Na₂S₂O₃溶液的儀器應為

 

滴定管（填“酸式”或“堿式”）．該粗硼樣品的純度為

 

．（提示：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗設計題

分析：硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅?H₂O，硼砂的化學式為Na₂B₄O₇?10H₂O．利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程中硼鎂礦加入氫氧化鈉濃溶液過濾，濾渣中加入濃鹽酸得到氯化鎂，加入濃鹽酸溶解通過蒸發(fā)濃縮得到氯化鎂結(jié)晶水合物，在氯化氫氣流中加熱得到氯化鎂固體，電解得到鎂；濾液中主要是NaBO₂，通入適量二氧化碳氣體得到硼砂，溶于熱水后，用H₂SO₄調(diào)pH2～3制取H₃BO₃，加熱得到X為B₂O₃，
（1）硼砂的化學式為Na₂B₄O₇?10H₂O，用H₂SO₄調(diào)pH2～3，硼砂中的Na₂B₄O₇在酸溶液中生成H₃BO₃ ，H₃BO₃微溶于水，為一元弱酸，但其酸性并不是源于其結(jié)構(gòu)中羥基的電離，應結(jié)合水電離生成OH^-，促進水的電離；
（2）氯化鎂在水溶液中水解生成氫氧化鎂，加入鹽酸可抑制水解；惰性電極電解MgCl₂溶液陰極氫離子得到電子生成氫氣，水的電離平衡破壞，水電離生成氫氧根離子濃度增大，和鎂離子形成氫氧化鎂沉淀，合并寫出電極反應；
（3）燃料電池中正極上是過氧化氫得到電子生成水；依據(jù)電解質(zhì)溶液PH變化結(jié)合電池反應計算鎂離子濃度；PH=7計算氫氧根離子濃度，結(jié)合生成鎂離子濃度計算濃度商和溶度積常數(shù)比較分析是否生成氫氧化鎂沉淀；
（4）根據(jù)關(guān)系式B～BI₃～

3

2

I₂～3S₂O₃^2-及滴定數(shù)據(jù)計算出粗硼中硼的含量．

解答： 解：（1）硼砂的化學式為Na₂B₄O₇?10H₂O，用H₂SO₄調(diào)pH2～3，硼砂中的Na₂B₄O₇在酸溶液中生成H₃BO₃ ，反應的離子方程式為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃，
H₃BO₃微溶于水，為一元弱酸，但其酸性并不是源于其結(jié)構(gòu)中羥基的電離，應結(jié)合水電離生成OH^-，促進水的電離，其電離方程式為H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺，
故答案為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃；H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺；
（2）MgCl₂?7H₂O需要在HCl氛圍中加熱，是為了防止氯化鎂水解生成氫氧化鎂；若用惰性電極電解MgCl₂溶液，陰極氫離子得到電子生成氫氣，水的電離平衡破壞，水電離生成氫氧根離子濃度增大，和鎂離子形成氫氧化鎂沉淀，合并寫出陰極反應式為：2H₂O+Mg²⁺+2e^-=H₂↑+Mg（OH）₂↓；
故答案為：防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂；2H₂O+Mg²⁺+2e^-=H₂↑+Mg（OH）₂↓；
（3）鎂-H₂O₂酸性燃料電池的反應機理為Mg+H₂O₂+2H⁺═Mg²⁺+2H₂O，正極上是過氧化氫得到電子生成水的反應，正極反應式H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O；
若起始電解質(zhì)溶液pH=1，則pH=2時溶液中，氫離子濃度減小0.1mol/L-0.01mol/L=0.09mol/L，依據(jù)反應方程式得到c（Mg²⁺）=

1

2

c（H⁺）_減小=0.045mol/L；
K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，當溶液pH=7時，c（OH^-）=10^-7mol/L，則Q_c=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=0.045mol/L×10^-14mol/L=4.5×10^-16＜K_sp[Mg（OH）₂]，說明無氫氧化鎂沉淀生成；
故答案為：H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O；0.045 mol?L^-1；沒有；
（4）Na₂S₂O₃溶液呈堿性，應放在堿式滴定管中，
硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量為：0.30mol/L×0.018L=0.0054mol，
根據(jù)關(guān)系式：B～BI₃～

3

2

I₂～3S₂O₃^2-，
n（B）=

1

3

n（S₂O₃^2-）=0.0018mol，
硼的質(zhì)量為：10.81g/mol×0.0018mol=0.01944g，粗硼中硼的含量為：

0.01944g

0.0200g

×100%=97.2%，
故答案為：堿式；97.2%．

點評：本題綜合考查物質(zhì)的分離、提純以及制備，為高考常見題型，側(cè)重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，題目涉及鹽類的水解、原電池原理和電解池原理的分析，沉淀溶解平衡的計算應用，題目難度稍大，計算是難點，計算時要充分利用題目所給數(shù)量關(guān)系和表中數(shù)據(jù)，根據(jù)質(zhì)量關(guān)系和質(zhì)量分數(shù)的概念快速解題．