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。

已知：硼鎂礦主要成分為Mg2B2O5H2O，硼砂的化學(xué)式為Na2B4O710H2O。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)硼砂中B的化合價為________________，溶于熱水后，常用H2SO4調(diào)pH為2～3制取H3BO3，反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________。X為H3BO3晶體加熱脫水的產(chǎn)物，其與Mg制取粗硼的化學(xué)方程式為_______________________________________________________________。

(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，其總反應(yīng)離子方程式為____________________________________________________________。

(3)鎂-H2O2酸性燃料電池的反應(yīng)機(jī)理為Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O，則正極反應(yīng)式為____________________________________________________。

(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-1Na2S2O3溶液滴定至終點(diǎn)，并選用指示劑，達(dá)到滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是_________________________________________。消耗Na2S2O3溶液18.00mL。該粗硼樣品的純度為__________________。(提示：I2+2S2O32－=2I－+S4O62－)

Answer 1

【答案】+3 B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3 3Mg+B2O32B+3MgO 防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 2H2O+Mg2++2Cl-Cl2↑＋H2↑+Mg(OH)2↓ H2O2+2H++2e-＝2H2O 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，且半分鐘不恢復(fù)原色 97.3%

【解析】

硼鎂礦主要成分為Mg2B2O5H2O,硼砂的化學(xué)式為Na2B4O710H2O。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,電計算得出到鎂;濾液中主要是NaBO2,通入適量二氧化碳?xì)怏w得到硼砂,溶于熱水后,用H2SO4調(diào)pH為2-3制取H3BO3,加熱得到X為B2O3,
(1)硼砂的化學(xué)式為Na2B4O710H2O,用H2SO4調(diào)pH為2-3制取H3BO3,硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3,微溶于水，為一元弱酸；據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；

(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，陽極氯離子失電子生成氯氣，據(jù)此寫出該反應(yīng)的總反應(yīng)；
(3)燃料電池中正極上是過氧化氫得到電子生成水；

(4)根據(jù)碘遇淀粉變藍(lán)的性質(zhì)，判斷滴定終點(diǎn)；根據(jù)關(guān)系式B-BI3-3/2I2-3 S2O32-，及滴定數(shù)據(jù)計算出粗硼中硼的含量。

(1) 硼砂的化學(xué)式為Na2B4O710H2O，根據(jù)化合價法則，鈉元素為+1價，氫元素為+1價，氧元素為-2價，所以硼砂中B的化合價為+3價；硼砂溶于水，在酸性條件下生成H3BO3，反應(yīng)的離子方程式為：B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3；H3BO3晶體加熱脫水的產(chǎn)物為B2O3，B2O3在通電條件下與鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成粗硼，化學(xué)方程式為：. 3Mg+B2O32B+3MgO；綜上所述，本題答案是：+3，B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3 3Mg+B2O32B+3MgO。

(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；陽極氯離子失電子變?yōu)槁葰�；其總反�?yīng)離子方程式：2H2O+Mg2++2Cl- ===Cl2↑＋H2↑+Mg(OH)2↓；綜上所述，本題答案是：防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 ；2H2O+Mg2++2Cl- ==Cl2↑＋H2↑+Mg(OH)2↓。

(3)鎂-H2O2酸性燃料電池的反應(yīng)機(jī)理為Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O，則正極上是過氧化氫得到電子生成水的反應(yīng),正極反應(yīng)式：H2O2+2H++2e-＝2H2O；綜上所述，本題答案是：H2O2+2H++2e-＝2H2O。

(4) 碘與淀粉變藍(lán)，根據(jù)：I2+2S2O32－=2I－+S4O62－反應(yīng)可知，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，且半分鐘不恢復(fù)原色，達(dá)到滴定終點(diǎn)； 硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量為0.30×18×10-3mol；根據(jù)關(guān)系式可知：B-BI3-3/2I2-3 S2O32-，，n(B)=1/3n(S2O32-)=1/3×0.30×18×10-3mol=1.8×10-3mol；單質(zhì)硼的質(zhì)量為1.8×10-3×10.81=0.01946g; 粗硼中硼的含量為: 0.01946/0.020×100%= 97.3%；

綜上所述，本題答案是：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，且半分鐘不恢復(fù)原色；97.3% 。