Question

【題目】硼氫化鈉(NaBH4)是有機合成中常用的還原劑。一種制備硼氫化鈉工藝如下（部分條件和產(chǎn)物省略）：

已知：MgH2、NaBH4遇水蒸氣劇烈反應(yīng)并放出H2。

回答下列問題：

（1）Mg2B2O5H2O中B的化合價為_______________。MgH2和NaBO2必須在干燥條件下合成硼氫化鈉，其原因是_____________________________________________。

（2）難溶的Mg2B2O5與濃氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式為__________。

（3）SOCl2溶于水能產(chǎn)生兩種氣體，其中一種氣體能使品紅溶液褪色，則灼燒時加入SOCl2的目的是______________________________。

（4）已知鎂—H2O2酸性燃料電池反應(yīng)為Mg+H2O2+H2SO4MgSO4+2H2O。常溫下，電解質(zhì)溶液為200 mL 0.1 mol·L1硫酸溶液。

①寫出正極的電極反應(yīng)式：______________________________。

②若電路中有0.038 mol轉(zhuǎn)移電子時，則溶液pH約為_____（忽略體積變化，不考慮H2O2電離）。

（5）“有效氫”是衡量含氫還原劑的還原能力指標(biāo)，定義為1 g含氫還原劑的還原能力與多少克H2相當(dāng)。NaBH4的“有效氫”等于_________________（結(jié)果保留2位小數(shù)）。

（6）工業(yè)上，可以利用NaBO2、HCHO和生石灰在加熱下生成NaBH4和難溶的鹽，寫出化學(xué)方程式________________________________________。

Answer 1

【答案】+3 防止MgH2、NaBH4與水蒸氣反應(yīng) Mg2B2O5+H2O+2OH=2Mg(OH)2+2BO2 提供HCl抑制MgCl2水解 H2O2+2e+2H=2H2O 2 0.21 NaBO2+2HCHO+2CaONaBH4+2CaCO3

【解析】

Mg2B2O5H2O與NaOH反應(yīng)，得到濾渣和濾液，從濾液中最終得到了NaBO2。從濾渣最終得到了MgCl2。濾液的溶質(zhì)為NaBO2，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮等一系列操作得到晶體。濾渣為Mg(OH)2，與濃鹽酸作用得到MgCl2·7H2O，經(jīng)電解等一系列操作得MgH2，與NaBO2反應(yīng)得到NaBH4。

（1）根據(jù)化合物中各元素的化合價代數(shù)和為0，Mg的化合價為＋2，O的化合價為－2，設(shè)B的化合價為x，有2×(＋2)＋2x＋5×(－2)=0，得x=＋3。則B的化合價為+3。根據(jù)已知MgH2、NaBH4遇水蒸氣劇烈反應(yīng)并放出H2，所以保持干燥環(huán)境的目的是防止硼氫化鈉、氫化鎂與水蒸氣反應(yīng)。答案為+3；防止MgH2、NaBH4與水蒸氣反應(yīng)；

（2）Mg2B2O5H2O與NaOH反應(yīng)，得到濾渣和濾液。濾液的溶質(zhì)為NaBO2，因為經(jīng)過蒸發(fā)濃縮等一系列操作得到NaBO2晶體，而一系列操作不會改變?nèi)苜|(zhì)。濾渣為Mg(OH)2，與濃鹽酸作用得到MgCl2·7H2O。所以難溶的Mg2B2O5與濃氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成了氫氧化鎂和偏硼酸鈉（NaBO2)，方程式為Mg2B2O5+H2O+2OH =2Mg(OH)2+2BO2；

（3）MgCl2·7H2O脫去結(jié)晶水的時候要防止Mg2＋水解生成Mg(OH)2。而SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑，消耗了水，生成的氯化氫又能抑制氯化鎂水解。答案為與水反應(yīng)提供HCl抑制MgCl2水解

（4）①正極得到電子化合價降低，化合價降低的為H2O2中的O，其化合價從－1降低到－2，發(fā)生還原反應(yīng)。電解質(zhì)溶液含有硫酸，為酸性，則正極方程式為H2O2+2e+2H=2H2O。

②n(H)=0.04 mol，由電極反應(yīng)式知，轉(zhuǎn)移1 mol電子必消耗1 mol H，轉(zhuǎn)移0.038 mol電子時溶液中c(H)==0.01 mol·L1，pH=-lgc(H＋)=-lg0.01=2。

（5）含氫還原劑的氧化產(chǎn)物為H2O等，1 molNaBH4的質(zhì)量為38g，發(fā)生反應(yīng)時，失去8 mol電子，相當(dāng)于4 molH2,為8g氫氣。NaBH4的有效氫等于≈0.21。

（6）反應(yīng)物為NaBO2、HCHO和CaO，根據(jù)原子守恒難溶鹽為CaCO3。則方程式為NaBO2+2HCHO+2CaONaBH4+2CaCO3。