Question

9．硼与铝同主族，它是一种重要的战略资源，硼酸微溶于水，对人体的受伤组织有缓和的防腐作用，故可以用于医药和食品防腐等方面，工业上以硼镁矿（Mg₂B₂0₅•H₂0）为原料生产硼酸（H₃BO₃）的流程下，请问答下列问题

（1）沉淀I的主要成份（写化学式）为Mg（OH）₂，为加快碱浸速率，可采取的措施有（写两点）镁矿粉碎、适当加热，操作Ⅱ的名称为过滤．
（2）红外光谱研究表明溶液I含有BO₂^-（偏硼酸根），写出上述流程中生成硼砂（无水物化学式为Na₂B₄O₇）的离子方程式2Na⁺+4BO₂^-+CO₂=Na₂B₄O₇↓+CO₃^2-．
（3）写出硼砂与硫酸反应的化学方程式Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄等物质浓度的硼砂、苏打、硫酸钠溶液中pH大到小的顺序为Na₂B₄O₇＞Na₂CO₃＞Na₂SO₄（用化学式回答）．
（4）研究表明硼酸是一元酸，0.01mol硼酸最多可与20ml0.5mol•L^-1的NaOH溶液恰好完全中和，写出反应的离子方程式H₃BO₃+OH^-=BO₂^-+2H₂O．
（5）硼的化合物硼氢化钠（NaBH₄）直接燃料电池（DBFC）因其能量密度高备受关注．在催化剂存在下，NaBH₄可水解产生稳定的氢气（氧化剂与还原剂物质的量比为2：1），写出水解时的化学方程式NaBH₄+2H₂O=4H₂↑+NaBO₂．

Answer 1

分析 用氢氧化钠溶液浸取硼镁矿，溶液I含有BO₂^-，结合硼镁矿的化学式可知沉淀I为Mg（OH）₂，过滤分离，滤液中通入二氧化碳调节pH，结晶析出硼砂（无水物化学式为Na₂B₄O₇），再加入硫酸得到硼酸，硼酸微溶于水，过滤分离．
（1）沉淀I的主要成份为氢氧化镁，将硼镁矿粉碎、搅拌、适当加热等可以加快碱浸速率，操作Ⅱ是分离互不相溶的固体与液体；
（2）溶液I含有Na⁺、BO₂^-离子，通入二氧化碳得到Na₂B₄O₇，还得到碳酸钠或碳酸氢钠；
（3）硼砂与硫酸反应生成新酸与新盐，反应得到硼酸与硫酸钠；
硫酸钠为强酸强碱盐，硼砂、苏打均为强碱弱酸盐，由反应可知硼酸的酸性比碳酸的弱；
（4）硼酸是一元酸，与氢氧化钠按物质的量1：1反应，可以计算氢氧化钠的物质的量浓度；
（5）在催化剂存在下，NaBH₄可水解产生稳定的氢气（氧化剂与还原剂物质的量比为2：1），水是氧化剂，结合质量守恒、电荷守恒可知有BO₂^-生成．

解答 解：用氢氧化钠溶液浸取硼镁矿，溶液I含有BO₂^-，结合硼镁矿的化学式可知沉淀I为Mg（OH）₂，过滤分离，滤液中通入二氧化碳调节pH，结晶析出硼砂（无水物化学式为Na₂B₄O₇），再加入硫酸得到硼酸，硼酸微溶于水，过滤分离．
（1）沉淀I的主要成份为Mg（OH）₂，将硼镁矿粉碎、搅拌、适当加热、增大氢氧化钠溶液浓度等可以加快碱浸速率，操作Ⅱ是分离互不相溶的固体与液体，采取过滤方法分离，
故答案为：Mg（OH）₂；镁矿粉碎、适当加热；过滤；
（2）溶液I含有Na⁺、BO₂^-离子，通入二氧化碳得到Na₂B₄O₇，还得到碳酸钠或碳酸氢钠，反应离子方程式为：2Na⁺+4BO₂^-+CO₂=Na₂B₄O₇↓+CO₃^2-，
故答案为：2Na⁺+4BO₂^-+CO₂=Na₂B₄O₇↓+CO₃^2-；
（3）硼砂与硫酸反应生成新酸与新盐，反应得到硼酸与硫酸钠，反应化学方程式为：Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄，
硫酸钠为强酸强碱盐，溶液呈中性，硼砂、苏打均为强碱弱酸盐，溶液呈碱性，由反应可知硼酸的酸性比碳酸的弱，Na₂B₄O₇溶液的碱性更强，故溶液pH顺序：Na₂B₄O₇＞Na₂CO₃＞Na₂SO₄，
故答案为：Na₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O=4H₃BO₃+Na₂SO₄；Na₂B₄O₇＞Na₂CO₃＞Na₂SO₄；
（4）硼酸是一元酸，与氢氧化钠按物质的量1：1反应，消耗NaOH为0.01mol，则氢氧化钠的物质的量浓度为$\frac{0.01mol}{0.02L}$=0.05mol/L，反应方程式为：H₃BO₃+OH^-=BO₂^-+2H₂O，
故答案为：0.5；H₃BO₃+OH^-=BO₂^-+2H₂O；
（5）在催化剂存在下，NaBH₄可水解产生稳定的氢气（氧化剂与还原剂物质的量比为2：1），水是氧化剂，NaBH₄+2H₂O→4H₂，结合质量守恒、电荷守恒可知有BO₂^-生成，水解时的化学方程式为：NaBH₄+2H₂O=4H₂↑+NaBO₂，
故答案为：NaBH₄+2H₂O=4H₂↑+NaBO₂．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及物质的分离提纯、对操作与原理的分析、化学方程式书写等，侧重对方程式书写的考查，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．