Question

【題目】硼、鎂及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

Ⅰ．已知硼鎂礦主要成分為Mg2B2O5H2O，硼砂的化學(xué)式為Na2B4O710H2O。一種利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程如圖所示：

（1）寫出硼元素在周期表中的位置___。

（2）將硼砂溶于熱水后，用硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH為2～3以制取硼酸H3BO3，該反應(yīng)的離子方秳式為___。

（3）由MgCl27H2O制備MgCl2時，一定條件是___。

（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�，F(xiàn)將0.2000g粗硼制成的BI3完全分解，將生成的I2配制成100mL溶液，用酸式滴定管量取10mL碘水溶液放入錐形瓶中，向其中滴加幾滴淀粉溶液，用0.3000molL-1Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液18.00mL。（提示：I2+2S2O32-=2I-+S4O6）滴定終點的現(xiàn)象為___，該粗硼樣品的純度為___%。

Ⅱ（5）已知：H3BO3的電離常數(shù)為5.8×10-10，H2CO3的電離常數(shù)為K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11。向盛有飽和硼酸溶液的試管中，滴加0.1mol/LNa2CO3溶液，__（填“能”或“不能”）觀察到氣泡逸出。

（6）H3BO3[也可寫成B（OH）3]可以通過電解NaB（OH）4溶液的方法制備。工作原理如圖所示（陽離子交換膜和陰離子交換膜分別只允許陽離子、陰離子通過）。

①b膜為__交換膜（填“陰離子”或“陽離子”），寫出產(chǎn)品室發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：___理論上每生成1molH3BO3，陰極室可生成___L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

②N室中，進(jìn)口和出口的溶液濃度大小關(guān)系為a%___b%（填“＞”戒“＜”）。

Answer 1

【答案】第二周期第ⅢA族 B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3 在HCl氛圍中加熱 當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏?/span>Na2S2O3溶液時，溶液恰好由藍(lán)色褪至無色，且半分鐘不褪色 99% 不能 陰離子 H++[B（OH）4]-=H3BO3+H2O 11.2 ＜

【解析】

硼鎂礦主要成分為Mg2B2O5H2O，硼鎂礦加入氫氧化鈉濃溶液，過濾得到濾渣為氫氧化鎂，濾渣中加入濃鹽酸得氯化鎂溶液，通過蒸發(fā)濃縮得到氯化鎂結(jié)晶水合物，為防止氯化鎂水解，在氯化氫氣流中加熱得到氯化鎂固體，電解熔融的氯化鎂得到鎂；濾液中主要是NaBO2，通入適量二氧化碳?xì)怏w得到硼砂Na2B4O710H2O，將硼砂溶于熱水后，常用稀H2SO4調(diào)pH=2～3制取H3BO3，加熱得到B2O3；Mg與B2O3發(fā)生置換反應(yīng)得到粗硼。

（1）B元素的原子序數(shù)為5，位于元素周期表中第二周期第ⅢA族；

（2）用H2SO4調(diào)pH2～3，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3，反應(yīng)的離子方程式為B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；

（3）加熱MgCl27H2O時，氯化鎂水解生成氫氧化鎂，在HCl氛圍中加熱可以抑制MgCl2的水解，由MgCl27H2O制備MgCl2時，一定條件是在HCl氛圍中加熱；

（4）將0.2000g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30molL-1Na2S2O3溶液滴定至終點，并選用淀粉作指示劑，達(dá)到滴定終點的現(xiàn)象為：當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏螛?biāo)準(zhǔn)液時，溶液恰好由藍(lán)色褪至無色，且半分鐘不回復(fù)原色；消耗硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量為：0.3000mol/L×0.018L=0.0054mol，根據(jù)關(guān)系式B～BI3～I2～3S2O32-可知：n（B）=n（S2O32-）=0.0054mol×=0.0018mol，硼的質(zhì)量為：11g/mol×0.0018mol=0.0198g，則粗硼中硼的含量為：×100%=99%；

（5）H3BO3的電離常數(shù)為5.8×10-10，H2CO3的電離常數(shù)為K1=4.4×10-7，因5.8×10-10＜4.4×10-7，酸性H3BO3< H2CO3，所以不能觀察到氣泡逸出；

（6）①原料室中的[B(OH)4]-通過b膜進(jìn)入產(chǎn)品室，M室中氫離子通入a膜進(jìn)入產(chǎn)品室，則b膜為陰離子交換膜、a膜為陽離子交換膜；產(chǎn)品室發(fā)生反應(yīng)為：H++[B(OH)4]-=H3BO3+H2O； M、N室電極反應(yīng)式分別為2H2O-4e-=O2↑+4H+、2H2O+2e-=H2↑+2OH-，根據(jù)得失電子守恒，理論上每生成1mol產(chǎn)品H3BO3，M室生成1molH+、N室生成0.5molH2，陰極生成的氣體在標(biāo)況下的體積：22.4L/mol×0.5mol=11.2L；

②N室中石墨為陰極，電解時陰極上水得電子生成H2和OH-，原料室中的鈉離子通過c膜進(jìn)入N室，溶液中c（NaOH）增大，所以N室中：a%＜b%。