Question

【題目】硼氫化鈉(NaBH4)廣泛用于化工生產(chǎn)，常溫下能與水反應(yīng)，易溶于異丙胺(沸點為33 ℃)。工業(yè)上可用硼鎂礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O，含少量雜質(zhì)Fe3O4)制取NaBH4，其工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)NaBH4中氫元素的化合價為_______。

(2)堿溶時Mg2B2O5發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是________。

(3)濾渣的主要成分是_____。

(4)高溫合成中，加料之前需將反應(yīng)器加熱至100 ℃以上，并通入氬氣。通入氬氣的目的是_____。

(5)操作2的名稱為______，流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是_____。

(6)在堿性條件下，用惰性電極電解NaBO2溶液也可制得NaBH4，裝置如圖所示，電解總反應(yīng)的離子方程式為_______。

(7)NaBH4常用作還原劑，H2也是常見的還原劑。與相同氧化劑反應(yīng)時，1 g NaBH4的還原能力相當(dāng)于_____g H2的還原能力(結(jié)果保留兩位小數(shù))。

Answer 1

【答案】-1 Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O = 2NaBO2＋2Mg(OH)2或Mg2B2O5·H2O＋2NaOH = 2NaBO2＋2Mg(OH)2 Fe3O4和Mg(OH)2 排除裝置中的水蒸氣和空氣 蒸餾 異丙胺 +2H2O+2O2↑ 0.21

【解析】

硼鎂礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O，含少量雜質(zhì)Fe3O4)中的Fe3O4不能溶于NaOH，過濾后形成濾渣，得到的NaBO2溶于經(jīng)過濃縮結(jié)晶得到Na2B4O7·10H2O，脫水后生成Na2B4O7，Na2B4O7在鈉和氫氣條件下與二氧化硅反應(yīng)生成NaBH4和硅酸鈉，用異丙胺溶解生成的NaBH4，除去硅酸鈉，如何通過蒸餾分離得到NaBH4，據(jù)此分析解答。

(1)NaBH4中Na為+1價、B為+3價，根據(jù)化合物中各元素正負(fù)化合價代數(shù)和為0，計算出H為-1價，故答案為：-1價；

(2)堿溶時Mg2B2O5發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O = 2NaBO2＋2Mg(OH)2，故答案為：Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O = 2NaBO2＋2Mg(OH)2；

(3)根據(jù)上述分析，濾渣的主要成分是Fe3O4和Mg(OH)2，故答案為：Fe3O4和Mg(OH)2；

(4)反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)容器加熱至100℃以上并通入氬氣，氬氣可以排出反應(yīng)器中的水蒸氣和空氣，防止氫氣和鈉以及生產(chǎn)的硼氫化鈉(NaBH4)與氧氣和水反應(yīng)，故答案為：排出反應(yīng)器中的水蒸氣和空氣；

(5)操作1得到的物質(zhì)是硼氫化鈉和異丙胺的混合物，異丙胺的沸點為33 ℃，較低，易揮發(fā)，可以通過蒸餾操作分離二者，因此操作2為蒸餾，分離得到的異丙胺可循環(huán)利用，故答案為：蒸餾；異丙胺；

(6)在堿性條件下，用惰性電極電解NaBO2溶液也可制得NaBH4，根據(jù)圖示，NaBO2在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成，陽極上水發(fā)生氧化反應(yīng)放出氧氣，電解的總反應(yīng)的離子方程式為+2H2O+2O2↑，故答案為：+2H2O+2O2↑；

(7) NaBH4中H為-1價，做還原劑時，H從-1價升高為+1價，1molNaBH4轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4×2=8mol，即38g NaBH4轉(zhuǎn)移8mol電子，則1 g NaBH4轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8mol×=mol，H2做還原劑，1molH2失去電子2mol，則轉(zhuǎn)移mol電子需要氫氣mol，質(zhì)量為mol×2g/mol=0.21g，故答案為：0.21。