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【题目】硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7·10H2O)时的废渣,其主要成分是MgO,还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3 、FeO、MnO、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:

回答下列问题:

(1)Na2B4O7·10H2O中B的化合价为________________

(2)Na2B4O7易溶于水,也较易发生水解:B4O72-+7H2O4H3BO3(硼酸)+2OH-,(硼酸在常温下溶解度较小)。写出加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式:_________________________________

(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体,写出生成黑色固体的离子方程式_________________

(4)加入MgO的目的是_____________________

(5)己知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:

温度(℃)

溶解度(g)

40

50

60

70

MgSO4

30.9

33.4

35.6

36.9

CaSO4

0.210

0.207

0.201

0.193

操作“A”是将MgSO4:和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明“操作A”步骤为____________________

(6)Na2B4O7·10H2O失去全部结晶水后的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”(该过程B的化合价不变)。

①写出NaBH4的电子式_____________

②“有效氢含量”可用来衡量含氢还原剂的还原能力,其定义是:每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力。NaBH4的有效氢含量为_____(计算结果保留两位小数)。

③在碱性条件下,在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,写出阴极室的电极反应式_______________

【答案】 +3 Na2B4O7+H2SO4+5H2O= Na2SO4+H3BO3 ClO- +Mn2++H2O=MnO2+Cl-+2H+ 调节溶液的pH值,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去 蒸发浓缩、趁热过滤 0.21 BO2-+6H2O+8e-= BH4-+8OH-

【解析】硼镁泥主要成份是MgO,还有CaOAl2O3Fe2O3FeOMnOB2O3SiO2等杂质,加入硫酸,MgOCaOAl2O3Fe2O3FeOMnOB2O3都和硫酸反应,SiO2不与硫酸反应,次氯酸钠具有强氧化性,加入的NaClO可与Mn2+反应生成MnO2,把亚铁离子氧化成铁离子,加MgO调节pH,溶液pH升高,铁离子生成氢氧化铁沉淀,铝离子形成氢氧化铝沉淀,过滤,滤渣B含有Fe(OH)3Al(OH)3MnO2,蒸发浓缩滤液,趁热过滤,滤渣C为硫酸钙晶体,滤液中含镁离子,除钙后,只剩镁离子,蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体。

(1)Na2B4O710H2O中,钠的化合价+1价,氧元素化合价-2价,元素化合价代数和为0计算得到B的化合价为:2×(+1)+4x+(-2)×7=0x=+3,故答案为:+3

(2)Na2B4O7易溶于水,也较易发生水解:B4O72-+7H2O4H3BO3(硼酸)+2OH-(硼酸在常温下溶解度较小)Na2B4O7溶液中加入硫酸,会促进水解,反应生成硼酸,反应的化学方程式为Na2B4O7+H2SO4+5H2O= Na2SO4+H3BO3,故答案为:Na2B4O7+H2SO4+5H2O= Na2SO4+H3BO3

(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体,NaClO溶液在加热条件下将溶液中的Mn2+氧化成MnO2,生成黑色固体的离子方程式为:ClO-+Mn2++H2O=MnO2+Cl-+2H+,故答案为:ClO-+Mn2++H2O=MnO2+Cl-+2H+

(4)加入MgO的目的是调节溶液的pH值,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去,故答案为:调节溶液的pH值,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去;

(5)有温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响,温度越高,硫酸钙溶解度越小,可以采用蒸发浓缩,趁热过滤方法除去硫酸钙;操作I”是将滤液继续蒸发浓缩,冷却结晶,再经过过滤,便得到了MgSO47H2O,故答案为:蒸发浓缩(结晶);趁热过滤;

(6) NaBH4属于离子化合物,电子式为,故答案为:

②每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力,则NaBH4变化为H+,电子转移8e-,电子转移和氢气变化为氢离子电子转移相同,设NaBH4的质量为1g相当于氢气质量为x,计算为: ×8=×2,解得:x=0.21g,故答案为:0.21

③在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,则阴极室BO2-得电子发生还原反应生成BH4-,则电极反应式为:BO2-+6H2O+8e-=BH4-+8OH-,故答案为:BO2-+6H2O+8e-=BH4-+8OH-

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(1)步骤1中反应的离子方程式为_______________________

(2)已知:25°C时,Ksp(CaSO3)=b,步骤2中反应的平衡常数K=a。该温度下,Kb( NH3·H2O)=__________________(用含a、b的代数式表示)。

II.水煤气还原法

己知:①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) △H1=-37.0 kJ·mol-1

②2H2(g)+ SO2(g)S(l)+2H2O(g) △H2=+45.4 kJ·mol-1

③CO的燃烧热△H3=-283 kJ·mol-1

(3)1molS(l)在O2(g)中完全燃烧生成SO2(g)的热化学方程式为____________

(4)反应②的正反应的活化能为E1 kJ·mol-1,其逆反应的活化能E2=_____ kJ·mol-1

(5)在一定压强下,发生反应②。平衡时,α(SO2)与原枓气投料比[]和温度(T) 的关系如图所示。

①α(H2):N_____M (填“>”、“<”或 “ = ”)。

②逆反应速率:M_____Q(填“>”、“<”或 “ = ”)。

(6)t℃时,向10L恒容密闭容器中充入2 molCO(g)、2 mol SO2(g)和2 mol H2(g)。发生反应①和反应②。5mim达到平衡时,SO2(g)和CO2(g) 的物质的量分别为0.4mol、1.6mol。该温度下,反应②的平衡常数K=__________

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