Question

7．硼氢化钠（NaBH₄）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠（NaBO₂）为主要原料制备NaBH₄，其流程如下：

已知：NaBH₄常温下能与水反应，可溶于异丙胺（沸点：33℃）．
（1）NaBH₄中H元素的化合价为-1．
请配平第①步反应的化学方程式，并用单线桥标出电子转移的方向和数目：
□NaBO₂+□SiO₂+□Na+□H₂=□NaBH₄+□Na₂SiO₃
（2）实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有镊子、滤纸、玻璃片和小刀等．
在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，该操作的目的是除去装置中的空气和水蒸气．
（3）第②步分离采用的方法是过滤．
第③步分出NaBH₄并回收溶剂，采用的方法是蒸馏．
（4）NaBH₄（s）与H₂O（l）反应生成NaBO₂（s）和氢气（g），在25℃，101kPa下，已知每消耗3.8g NaBH₄（s）放热21.6kJ，该反应的热化学方程式是NaBH₄（s）+2H₂O（l）═NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 NaBO₂、SiO₂、Na和H₂在一定条件下反应生成NaBH₄、Na₂SiO₃，NaBH₄常温下能与水反应，且氢气和氧气混合加热易产生爆炸现象，为防止NaBH₄水解、防止产生安全事故，需要将装置中的空气和水蒸气排出；NaBH₄可溶于异丙胺，根据③知，②中加入的溶剂是异丙胺，NaBH₄溶解于异丙胺、Na₂SiO₃不溶于异丙胺，难溶性固体和溶液采用过滤方法分离，通过过量得到滤液和滤渣，滤渣成分是Na₂SiO₃；异丙胺沸点：33℃，将滤液采用蒸馏的方法分离，得到异丙胺和固体NaBH₄；
（1）NaBH₄中Na为+1价，B为+3价，可结合化合物中各元素正负化合价代数和为0，计算出氢元素的化合价，①反应中H元素化合价由0价变为-1价、Na元素化合价由0价变为+1价，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式；
（2）原料中的金属钠通常保存在煤油中，需要用到的实验用品有镊子、滤纸、玻璃片和小刀等，为防止安全事故发生和防止NaBH₄水解，在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，从而排出空气和水蒸气；
（3）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法；熔沸点相差较大的可以采用蒸馏方法；
（4）n（NaBH₄）=$\frac{3.8g}{38g/mol}$=0.1mol，在25℃、101kPa下，每消耗0.1molNaBH₄（s）放热21.6kJ，则消耗1molNaBH₄（s）放热216.0kJ，据此书写热化学方程式．

解答 解：NaBO₂、SiO₂、Na和H₂在一定条件下反应生成NaBH₄、Na₂SiO₃，NaBH₄常温下能与水反应，且氢气和氧气混合加热易产生爆炸现象，为防止NaBH₄水解、防止产生安全事故，需要将装置中的空气和水蒸气排出；NaBH₄可溶于异丙胺，根据③知，②中加入的溶剂是异丙胺，NaBH₄溶解与异丙胺、Na₂SiO₃不溶于异丙胺，难溶性固体和溶液采用过滤方法分离，通过过量得到滤液和滤渣，滤渣成分是Na₂SiO₃；异丙胺沸点：33℃，将滤液采用蒸馏的方法分离，得到异丙胺和固体NaBH₄，
（1）NaBH₄中根据化合物中各元素正负化合价代数和为0，并结合Na为+1价、B为+3价计算出H为-1价，第①步反应中根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式为NaBO₂+2SiO₂+4Na+2H₂═NaBH₄+2Na₂SiO₃，电子转移数目为4e^-，
故答案为：-1价；；
（2）钠的密度大于煤油，为隔绝空气和水，原料中的金属钠通常保存在煤油中，实验室取用少量金属钠时，需要镊子夹取钠、用滤纸吸煤油，所以实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有镊子、滤纸、玻璃片和小刀等，NaBH₄常温下能与水反应，且氢气和氧气混合加热易产生爆炸现象，为防止NaBH₄水解、防止产生安全事故，需要将装置中的空气和水蒸气排出，钠极易和空气中氧气、和水反应，故答案为：镊子；除去装置中的空气和水蒸气；
（3）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，②中加入的溶剂是异丙胺，NaBH₄溶解与异丙胺、Na₂SiO₃不溶于异丙胺，所以第②步分离采用的方法是过滤；熔沸点相差较大的可以采用蒸馏方法，异丙胺沸点：33℃，将滤液采用蒸馏的方法分离，得到异丙胺和固体NaBH₄，故答案为：过滤；蒸馏；
（4）NaBH₄（s）与H₂O（l）反应生成NaBO₂（s）和H₂（g），n（NaBH₄）=$\frac{3.8g}{38g/mol}$=0.1mol，在25℃、101kPa下，每消耗0.1molNaBH₄（s）放热21.6kJ，则消耗1molNaBH₄（s）放热216.0kJ，则热化学方程式为NaBH₄（s）+2H₂O（l）=NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216.0kJ/mol，故答案为：NaBH₄（s）+2H₂O（l）=NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216.0kJ/mol．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生分析推断及知识综合应用能力，涉及物质分离提纯、热化学反应方程式的书写、氧化还原反应、实验基本操作等知识点，综合性较强且较基础，难点是分析流程图中发生的反应、基本操作等，题目难度中等．