Question

7．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如下．

回答下列有關問題．
（1）硼砂中B的化合價為+3，溶于熱水后，常用H₂SO₄調(diào)pH到2～3制取H₃BO₃，反應的離子方程式為B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃．X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產(chǎn)物，其與Mg反應制取粗硼的化學方程式為3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO，該反應中的氧化劑是B₂O₃（填化學式）．
（2）硼酸是一種一元弱酸，它與水作用時結合水電離的OH^-而釋放出水電離的H+，這一變化的化學方程式為H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．皮膚上不小心碰到氫氧化鈉溶液，一般先用大量水沖洗，然后再涂上硼酸溶液，則硼酸與氫氧化鈉反應的離子方程式為H₃BO₃+OH^-=[B（OH）₄]^-．
（3）MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛圍中加熱制MgCl₂，其目的是防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂．
（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/LNa₂S₂O₃（H₂S₂O₃為弱酸）溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．盛裝Na₂S₂O₃溶液的儀器應為堿式（填“酸式”或“堿式”）滴定管．該粗硼樣品的純度為97.2%（提示：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）．

Answer 1

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B₂O₃；
（1）硼砂的化學式為Na₂B₄O₇•10H₂O，依據(jù)元素化合價標注計算硼元素化合價；用H₂SO₄調(diào)pH2～3，硼砂中的Na₂B₄O₇在酸溶液中生成H₃BO₃ ；X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產(chǎn)物得到B₂O₃，鎂和得到B₂O₃反應生成氧化鎂和硼，反應中元素化合價降低的做氧化劑；
（2）硼酸是一種一元弱酸，它與水作用時結合水電離的OH^-而釋放出水電離的H⁺，據(jù)此書寫離子方程式，硼酸與氫氧化鈉反應生成四羥基硼酸根；
（3）氯化鎂在水溶液中水解生成氫氧化鎂；
（4）H₂S₂O₃為弱酸，Na₂S₂O₃溶液顯堿性，據(jù)此選擇滴定管；根據(jù)關系式B～BI₃～$\frac{3}{2}$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，鈉元素化合價為+1價，氧元素化合價-2價，依據(jù)化合價代數(shù)和計算得到硼元素化合價為+3價；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，X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產(chǎn)物是B₂O₃，鎂和得到B₂O₃反應生成氧化鎂和硼，反應的化學方程式為：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO，反應中元素化合價降低的做氧化劑，硼元素化合價+3價變化為0價，則B₂O₃做氧化劑；
故答案為：+3；B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃；3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO；B₂O₃；
（2）硼酸是一種一元弱酸，它與水作用時結合水電離的OH^-而釋放出水電離的H⁺，據(jù)此書寫離子方程式為：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺，硼酸是一元弱酸與氫氧化鈉反應生成四羥基硼酸根，反應的離子方程式為：H₃BO₃+OH^-=[B（OH）₄]^-；
故答案為：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；H₃BO₃+OH^-=[B（OH）₄]^-；
（3）MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛圍中加熱，是為了防止氯化鎂水解生成氫氧化鎂，
故答案為：防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂；
（4）H₂S₂O₃為弱酸，Na₂S₂O₃溶液顯堿性，據(jù)此選擇滴定管應為簡式滴定管；
硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量為：0.30mol/L×0.018L=0.0054mol，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，
根據(jù)關系式：B～BI₃～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-，
n（B）=$\frac{1}{3}$n（S₂O₃^2-）=0.0018mol，
硼的質(zhì)量為：10.81g/mol×0.0018mol=0.01944g，粗硼中硼的含量為：$\frac{0.01944g}{0.0200g}$×100%=97.2%，
故答案為：堿式；97.2%．

點評 本題考查了鹽類的水解、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)量關系和表中數(shù)據(jù)，根據(jù)質(zhì)量關系和質(zhì)量分數(shù)的概念快速解題．