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下所示：

（1）硼砂中B元素的化合價(jià)為_______，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H3BO3，該反應(yīng)的離子方程式為____________________。X為H3BO3晶體加熱脫水的產(chǎn)物，其與Mg反應(yīng)制取粗硼的化學(xué)方程式為_____________。

（2）由MgCl2·7H2O制備MgCl2時(shí)，需要在HC1氛圍中加熱，其目的是________。

（3）鎂-H2O2酸性燃料電池的反應(yīng)原理為Mg+H2O2+2H+==Mg2++2H2O，常溫下，若起始電解質(zhì)溶液pH=1，則pH=2時(shí)，電解質(zhì)溶液中所含Mg2+的物質(zhì)的量濃度為_____________mol·L-1。已知該溫度下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，當(dāng)電解質(zhì)溶液的pH=6時(shí)，_______(填“有”或“無”)Mg(OH)2沉淀析出。（忽略反應(yīng)過程中溶液的體積變化）

II.工業(yè)上可用納米MgH2和LiBH4組成的體系儲(chǔ)放氫，如圖所示。

（4）寫出放氫過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________。

III. MgO漿液是一種高活性的脫硫劑，常用于脫除煙氣中的SO2，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

①M(fèi)g(OH)2＋SO2===MgSO3＋H2O

②MgSO3+SO2＋H2O===Mg(HSO3)2

③Mg(HSO3)2+Mg（OH）2===2MgSO3＋2H2O

④2MgSO3＋O2===2MgSO4

已知25℃時(shí)，Kap（MgSO3）=3.86×10-3，Kap（CaSO3）=3.1×10-7。

（5）其他條件相同時(shí)，鎂基和鈣基的脫硫效率與液、氣摩爾流量比的變化情況如圖所示。鎂基的脫硫效率總比鈣基的大，除生成的MgSO4具有良好的水溶性外，還因?yàn)?/span>_____________。

Answer 1

【答案】+3價(jià) 3Mg+B2O32B+3MgO 防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 0.045 mol·L-1 無 MgH2＋2LiBH4=2LiH＋MgB2＋4H2↑ MgSO3的溶解度比CaSO3的大，MgSO3比CaSO3更易氧化

【解析】

I.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得到氫氧化鎂，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，經(jīng)過電解得到鎂；濾液中主要是NaBO2，通入適量二氧化碳?xì)怏w得到硼砂，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(xué)式為Na2B4O710H2O，依據(jù)化合物中元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算硼元素化合價(jià)；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)物判斷為B2O3，高溫下與Mg反應(yīng)生成粗硼和氧化鎂；
（2）氯化鎂在水溶液中水解生成氫氧化鎂；

（3）依據(jù)電解質(zhì)溶液pH變化結(jié)合電池反應(yīng)計(jì)算鎂離子濃度；pH=6計(jì)算氫氧根離子濃度，結(jié)合生成鎂離子濃度計(jì)算離子積Qc和溶度積常數(shù)比較分析是否生成氫氧化鎂沉淀；

II.（4）由圖分析可知，放氫過程的反應(yīng)物是MgH2和LiBH4，生成物為LiH、H2和MgB2，根據(jù)氧化還原配平方法配平；

III.（5）根據(jù)Ksp（MgSO3）與Ksp（CaSO3）比較和MgSO3的性質(zhì)分析解答。

I （1）根據(jù)硼砂的化學(xué)式Na2B4O710H2O和元素正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，可得B的化合價(jià)為+3；B4O72-與H+反應(yīng)可得H3BO3，離子方程式為：B4O72-+2H++5H2O 4H3BO3；X為H3BO3晶體加熱脫水的產(chǎn)物，為B2O3，高溫下與Mg發(fā)生氧化還原反應(yīng)，化學(xué)方程式為：3Mg+B2O32B+3MgO；
（2）MgCl2為強(qiáng)酸弱堿鹽，能發(fā)生水解反應(yīng)，所以MgCl2·7H2O在HCl氛圍中加熱的目的是：防止MgCl2水解生成Mg(OH)2；
（3）起始電解質(zhì)溶液pH=1，pH=2時(shí)反應(yīng)的H+為：0.1molL1-0.01molL1=0.09molL1，根據(jù)Mg+H2O2+2H+=Mg2++2H2O，可得Mg2+離子濃度為0.045 mol·L-1；溶液pH=6時(shí)，c(OH)=10-8molL1，Qc [Mg(OH)2]=0.045 mol·L-1×[10-8molL1]2=4.5×10-18 < Ksp[Mg(OH)2]，所以沒有Mg(OH)2沉淀析出；

II.（4）由圖分析可知，放氫過程的反應(yīng)物是MgH2和LiBH4，生成物為LiH、H2和MgB2，故放氫過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgH2＋2LiBH4=2LiH＋MgB2＋4H2↑；

III.（5）由題干信息可知，MgSO3溶解度比CaSO3大；MgSO3比CaSO3更易被氧化。