Question

7．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛．已知：硼镁矿主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，硼砂的化学式为Na₂B₄O7•10H₂O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如下．

回答下列有关问题．
（1）硼砂中B的化合价为+3，溶于热水后，常用H₂SO₄调pH到2～3制取H₃BO₃，反应的离子方程式为B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃．X为H₃BO₃晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO，该反应中的氧化剂是B₂O₃（填化学式）．
（2）硼酸是一种一元弱酸，它与水作用时结合水电离的OH^-而释放出水电离的H+，这一变化的化学方程式为H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．皮肤上不小心碰到氢氧化钠溶液，一般先用大量水冲洗，然后再涂上硼酸溶液，则硼酸与氢氧化钠反应的离子方程式为H₃BO₃+OH^-=[B（OH）₄]^-．
（3）MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛围中加热制MgCl₂，其目的是防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂．
（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0.020g粗硼制成的BI₃完全分解，生成的I₂用0.30mol/LNa₂S₂O₃（H₂S₂O₃为弱酸）溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．盛装Na₂S₂O₃溶液的仪器应为碱式（填“酸式”或“碱式”）滴定管．该粗硼样品的纯度为97.2%（提示：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）．

Answer 1

分析 硼镁矿主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，硼砂的化学式为Na₂B₄O₇•10H₂O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液过滤得到氯化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解得到镁；滤液中主要是NaBO₂，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H₂SO₄调pH2～3制取H₃BO₃，加热得到B₂O₃；
（1）硼砂的化学式为Na₂B₄O₇•10H₂O，依据元素化合价标注计算硼元素化合价；用H₂SO₄调pH2～3，硼砂中的Na₂B₄O₇在酸溶液中生成H₃BO₃ ；X为H₃BO₃晶体加热脱水的产物得到B₂O₃，镁和得到B₂O₃反应生成氧化镁和硼，反应中元素化合价降低的做氧化剂；
（2）硼酸是一种一元弱酸，它与水作用时结合水电离的OH^-而释放出水电离的H⁺，据此书写离子方程式，硼酸与氢氧化钠反应生成四羟基硼酸根；
（3）氯化镁在水溶液中水解生成氢氧化镁；
（4）H₂S₂O₃为弱酸，Na₂S₂O₃溶液显碱性，据此选择滴定管；根据关系式B～BI₃～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-及滴定数据计算出粗硼中硼的含量．

解答 解：（1）硼砂的化学式为Na₂B₄O₇•10H₂O，钠元素化合价为+1价，氧元素化合价-2价，依据化合价代数和计算得到硼元素化合价为+3价；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：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃，X为H₃BO₃晶体加热脱水的产物是B₂O₃，镁和得到B₂O₃反应生成氧化镁和硼，反应的化学方程式为：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO，反应中元素化合价降低的做氧化剂，硼元素化合价+3价变化为0价，则B₂O₃做氧化剂；
故答案为：+3；B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃；3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO；B₂O₃；
（2）硼酸是一种一元弱酸，它与水作用时结合水电离的OH^-而释放出水电离的H⁺，据此书写离子方程式为：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺，硼酸是一元弱酸与氢氧化钠反应生成四羟基硼酸根，反应的离子方程式为：H₃BO₃+OH^-=[B（OH）₄]^-；
故答案为：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；H₃BO₃+OH^-=[B（OH）₄]^-；
（3）MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛围中加热，是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁，
故答案为：防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂；
（4）H₂S₂O₃为弱酸，Na₂S₂O₃溶液显碱性，据此选择滴定管应为简式滴定管；
硫代硫酸钠的物质的量为：0.30mol/L×0.018L=0.0054mol，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，
根据关系式：B～BI₃～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-，
n（B）=$\frac{1}{3}$n（S₂O₃^2-）=0.0018mol，
硼的质量为：10.81g/mol×0.0018mol=0.01944g，粗硼中硼的含量为：$\frac{0.01944g}{0.0200g}$×100%=97.2%，
故答案为：碱式；97.2%．

点评 本题考查了盐类的水解、原电池原理和电解池原理的分析，沉淀溶解平衡的计算应用，题目难度稍大，计算是难点，计算时要充分利用题目所给数量关系和表中数据，根据质量关系和质量分数的概念快速解题．