Question

【題目】硼鎂泥是硼鎂礦生產(chǎn)硼砂晶體時的廢渣，其主要成分是MgO，還含有、CaO、、FeO、MnO、等雜質(zhì)。以硼鎂泥為原料制取七水硫酸鎂的工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)中B的化合價為__________。

(2)易溶于水，也易發(fā)生水解：硼酸硼酸在常溫下溶解度較小。寫出加入硫酸時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____。

(3)濾渣B中含有不溶于稀鹽酸但能溶于熱濃鹽酸的黑色固體，寫出生成黑色固體的離子方程式____________。

(4)加入MgO的目的是___________________。

(5)已知、的溶解度如下表：

溫度溶解度	40	50	60	70

“操作A”是將和混合溶液中的除去，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，簡要說明“操作A”步驟為____________________。

(6)硼砂也能在工業(yè)上制取，被稱為有機化學(xué)中的“萬能還原劑”。

寫出的電子式：___________。

“有效氫含量”可用來衡量含氫還原劑的還原能力，其定義是：每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)于多少克的還原能力。的有效氫含量為_________保留兩位小數(shù)。

在堿性條件下，在陰極上電解也可制得硼氫化鈉，寫出陰極室的電極反應(yīng)式：________。

Answer 1

【答案】+3； Na2B4O7+H2SO4+5H2O═Na2SO4+4H3BO3↓ ClO+Mn2++H2O═MnO2+Cl+2H+ 調(diào)節(jié)溶液的pH值，使轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去； 蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾； 0.21 BO2+6H2O+8e═BH4+8OH

【解析】

分析流程，硼鎂泥中主要有MgO，還含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等雜質(zhì)，通過硫酸酸浸，得到濾渣為SiO2，濾液中含有Na+，Ca2+，Fe2+，Fe3+，Mn2+，H+，SO42-，B4O72-，經(jīng)過NaClO溶液處理，NaClO在酸性溶液中具有一定的氧化性，將Fe2+氧化為Fe3+，將Mn2+氧化為MnO2，加入MgO處理，形成Fe(OH)3和MnO2，這就是濾渣B，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾，得到濾渣C為CaSO42H2O，此時濾液中存在Na+，B4O72-，SO42-，Mg2+，濾液經(jīng)過冷卻結(jié)晶，得到MgSO47H2O和硼砂溶液，據(jù)此分析；

(1)根據(jù)物質(zhì)呈電中性原理，計算B的化合價；

(2)硼砂水解產(chǎn)生H3BO3，H3BO3是弱酸，在硼砂溶液中加入硫酸，可以制得H3BO3，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；

(3)濾渣B中含有不溶于稀鹽酸但能溶于濃鹽酸的黑色固體，根據(jù)流程分析，應(yīng)為MnO2，由NaClO在酸性溶液中氧化Mn2+得到，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；

(4)加入MgO，使溶液中Fe3+產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，除去Fe3+，據(jù)此分析加入MgO的作用；

(5)操作“A”是將MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根據(jù)溶解性數(shù)據(jù)的分析操作A的步驟；

(6)①NaBH4的電子式，存在Na+和BH4-，據(jù)此寫出電子式；

②根據(jù)有效含氫量的定義，每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)于多少克H2的還原能力，H2做還原劑，1molH2失去電子2mol，結(jié)合電子得失守恒計算；

③堿性條件下，在陰極上電解NaBO2也可制得硼氫化鈉，陰極處發(fā)生的反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，考慮到溶液為堿性，OH-參加反應(yīng)或反應(yīng)生成OH-，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式。

(1)根據(jù)物質(zhì)呈電中性原理，Na2B4O710H2O中Na為+1價，O為2價，則B的化合價為=+3；

(2)硼砂水解產(chǎn)生H3BO3，H3BO3是弱酸，在硼砂溶液中加入硫酸，可以制得H3BO3，則加入硫酸時Na2B4O7發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na2B4O7+H2SO4+5H2O═Na2SO4+4H3BO3；

(3)濾渣B中含有不溶于稀鹽酸但能溶于濃鹽酸的黑色固體，根據(jù)流程分析，應(yīng)為MnO2，由NaClO在酸性溶液中氧化Mn2+得到，考慮到介質(zhì)為酸性，H+參與反應(yīng)或反應(yīng)生成H+，則生成黑色固體的離子方程式為：ClO+Mn2++H2O═MnO2+Cl+2H+；

(4)加入MgO，使溶液中Fe3+產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀,除去Fe3+，則加入MgO的目的是：調(diào)節(jié)溶液的pH值，使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3除去，；

(5)操作“A”是將MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根據(jù)溶解性的數(shù)據(jù)分析，隨著溫度的升高，MgSO4的溶解度增加，CaSO4的溶解度降低，可見隨著溫度升高，二者溶解度差別增大，因此可考慮操作A中對溶液蒸發(fā)濃縮，可以析出大量的CaSO4固體，在溫度高時，進行趁熱過濾可以達到分離的目的；

(6)①NaBH4的電子式,存在Na+和BH4，則NaBH/span>4的電子式為：；

②根據(jù)有效含氫量的定義，每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)于多少克H2的還原能力，H2做還原劑，1molH2失去電子2mol，1gH2的物質(zhì)的量為=0.5mol，0.5molH2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1mol，根據(jù)電子得失守恒，NaBH4也應(yīng)轉(zhuǎn)移1mol電子，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，則轉(zhuǎn)移1mol電子消耗NaBH4的物質(zhì)的量為0.125mol，其質(zhì)量為0.125mol×38g/mol=4.75g，即1gH2相當(dāng)于4.75gNaBH4，那么1gNaBH4相當(dāng)于gH2，即0.21gH2；

③堿性條件下，在陰極上電解NaBO2也可制得硼氫化鈉，陰極處發(fā)生的反應(yīng)為物質(zhì)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，考慮到溶液為堿性，OH參加反應(yīng)或反應(yīng)生成OH，則陰極室的電極反應(yīng)式為：BO2+6H2O+8e═BH4+8OH。