Question

8．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图．

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．
（2）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B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO，MgCl₂•7H₂O脱水需要在HCl氛围中加热，其目的是防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂．
（3）硼氢化钠是一种常用的还原剂，它与水反应的离子方程式是BH₄^-+2H₂O=BO₂^-+4H₂↑．硼氢化钠在液中能把许多金属离子还原为金属单质，为了抑制它与水的反应，反应应在碱性（填“酸性”“中性”或“碱性”）条件下进行，试完成并配平金离子（Au³⁺）被硼氢化钠还原的离子方程式：
8Au³⁺+3BH₄^-+24OH^-═8Au↓+3BO₂^-+18H₂O．

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
（2）X为H₃BO₃晶体加热脱水的产物，应为B₂O₃，B₂O₃与Mg反应制取粗硼与氧化镁；氯化镁在水溶液中水解生成氢氧化镁；
（3）BO₂^-易与H⁺结合，则碱性溶液可抑制它与水的反应，利用电子守恒及电荷守恒、质量守恒定律来配平离子反应方程式．

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，
故答案为：+3；B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃；
（2）X为H₃BO₃晶体加热脱水的产物，应为B₂O₃，B₂O₃与Mg反应制取粗硼与氧化镁，反应方程式为B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO，MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛围中加热，是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁，
故答案为：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2B+3MgO；防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂；
（3）因BO₂^-易与H⁺结合，则碱性溶液可抑制它与水的反应，由Au的化合价由+3降低为0，BH₄^-中H元素从-1价升高到+1，则由电子守恒可得8Au³⁺+3BH₄^-→8Au↓+3BO₂^-，
碱性溶液中氢氧根离子参加反应，再由电荷守恒和质量守恒定律可得8Au³⁺+3BH₄^-+24OH^-═8Au↓+3BO₂^-+18H₂O，
故答案为：碱性；8；3；24OH^-；8；3；18H₂O．

点评 本题考查氧化还原反应、盐类的水解，明确元素的化合价是解答本题的关键，并注意习题中的信息HBO₂是弱酸及平衡移动来分析，题目难度中等．