Question

【题目】硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。

Ⅰ．已知硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为Na2B4O710H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：

（1）写出硼元素在周期表中的位置___。

（2）将硼砂溶于热水后，用硫酸调节溶液的pH为2～3以制取硼酸H3BO3，该反应的离子方秳式为___。

（3）由MgCl27H2O制备MgCl2时，一定条件是___。

（4）制得的粗硼在一定条件下生成BI3，BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.2000g粗硼制成的BI3完全分解，将生成的I2配制成100mL溶液，用酸式滴定管量取10mL碘水溶液放入锥形瓶中，向其中滴加几滴淀粉溶液，用0.3000molL-1Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00mL。（提示：I2+2S2O32-=2I-+S4O6）滴定终点的现象为___，该粗硼样品的纯度为___%。

Ⅱ（5）已知：H3BO3的电离常数为5.8×10-10，H2CO3的电离常数为K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11。向盛有饱和硼酸溶液的试管中，滴加0.1mol/LNa2CO3溶液，__（填“能”或“不能”）观察到气泡逸出。

（6）H3BO3[也可写成B（OH）3]可以通过电解NaB（OH）4溶液的方法制备。工作原理如图所示（阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子、阴离子通过）。

①b膜为__交换膜（填“阴离子”或“阳离子”），写出产品室发生反应的离子方程式：___理论上每生成1molH3BO3，阴极室可生成___L气体（标准状况）。

②N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%___b%（填“＞”戒“＜”）。

Answer 1

【答案】第二周期第ⅢA族 B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3 在HCl氛围中加热 当滴入最后一滴Na2S2O3溶液时，溶液恰好由蓝色褪至无色，且半分钟不褪色 99% 不能 阴离子 H++[B（OH）4]-=H3BO3+H2O 11.2 ＜

【解析】

硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O，硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤得到滤渣为氢氧化镁，滤渣中加入浓盐酸得氯化镁溶液，通过蒸发浓缩得到氯化镁结晶水合物，为防止氯化镁水解，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解熔融的氯化镁得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂Na2B4O710H2O，将硼砂溶于热水后，常用稀H2SO4调pH=2～3制取H3BO3，加热得到B2O3；Mg与B2O3发生置换反应得到粗硼。

（1）B元素的原子序数为5，位于元素周期表中第二周期第ⅢA族；

（2）用H2SO4调pH2～3，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3，反应的离子方程式为B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；

（3）加热MgCl27H2O时，氯化镁水解生成氢氧化镁，在HCl氛围中加热可以抑制MgCl2的水解，由MgCl27H2O制备MgCl2时，一定条件是在HCl氛围中加热；

（4）将0.2000g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30molL-1Na2S2O3溶液滴定至终点，并选用淀粉作指示剂，达到滴定终点的现象为：当滴入最后一滴标准液时，溶液恰好由蓝色褪至无色，且半分钟不回复原色；消耗硫代硫酸钠的物质的量为：0.3000mol/L×0.018L=0.0054mol，根据关系式B～BI3～I2～3S2O32-可知：n（B）=n（S2O32-）=0.0054mol×=0.0018mol，硼的质量为：11g/mol×0.0018mol=0.0198g，则粗硼中硼的含量为：×100%=99%；

（5）H3BO3的电离常数为5.8×10-10，H2CO3的电离常数为K1=4.4×10-7，因5.8×10-10＜4.4×10-7，酸性H3BO3< H2CO3，所以不能观察到气泡逸出；

（6）①原料室中的[B(OH)4]-通过b膜进入产品室，M室中氢离子通入a膜进入产品室，则b膜为阴离子交换膜、a膜为阳离子交换膜；产品室发生反应为：H++[B(OH)4]-=H3BO3+H2O； M、N室电极反应式分别为2H2O-4e-=O2↑+4H+、2H2O+2e-=H2↑+2OH-，根据得失电子守恒，理论上每生成1mol产品H3BO3，M室生成1molH+、N室生成0.5molH2，阴极生成的气体在标况下的体积：22.4L/mol×0.5mol=11.2L；

②N室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH-，原料室中的钠离子通过c膜进入N室，溶液中c（NaOH）增大，所以N室中：a%＜b%。