Question

5．硼和鋁位于同一主族，它們可以形成許多組成和性質(zhì)類(lèi)似的化合物．一種用硼鎂礦（Mg₂B₂O₅•H₂O）制取單質(zhì)硼的工藝流程圖如圖1：

結(jié)合流程圖回答下列問(wèn)題：
（1）溶液a、溶液b中溶質(zhì)的化學(xué)式分別為NaHCO₃、Na₂SO₄．
（2）寫(xiě)出步驟①的化學(xué)方程式Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂↓．
（3）寫(xiě)出步驟②的離子方程式2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-．
（4）步驟③中化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生的原因是硼酸的酸性小于硫酸，符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應(yīng)的進(jìn)行．
（5）過(guò)硼酸鈉晶體（NaBO₃•4H₂O）是一種優(yōu)良的漂白劑，在70℃以上加熱會(huì)逐步失去結(jié)
晶水． 實(shí)驗(yàn)測(cè)得過(guò)硼酸鈉晶體的質(zhì)量隨溫度變化的情況如圖2所示，則T₂℃時(shí)所得晶體的化學(xué)式為NaBO₃•3H₂O．

Answer 1

分析 硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，過(guò)濾除去雜質(zhì)，NaBO₂溶液中，通入過(guò)量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O與為NaHCO₃，過(guò)濾分離，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶體與硫酸反應(yīng)得到硼酸，溶液b中含有硫酸鈉，硼酸晶體加熱分解得到B₂O₃，最后用Mg還原得到粗硼．
（1）由上述分析可知，第①步通入過(guò)量二氧化碳，則a為NaHCO₃，第③步加入硫酸，b為Na₂SO₄；
（2）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaBO₂與Mg（OH）₂；
（3）NaBO₂和二氧化碳反應(yīng)生成Na₂B₄O₇•10H₂O和碳酸氫鈉；
（4）符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理；
（5）過(guò)硼酸鈉晶體（NaBO₃•4H₂O）的物質(zhì)的量=$\frac{30.8g}{154g/mol}$=0.2mol，T₂℃質(zhì)量變化為27.20g，質(zhì)量變化30.8g-27.20g=3.6g，減少水的質(zhì)量=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，據(jù)此分析判斷得到化學(xué)式；

解答 解：硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，過(guò)濾除去雜質(zhì)，NaBO₂溶液中，通入過(guò)量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O與為NaHCO₃，過(guò)濾分離，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶體與硫酸反應(yīng)得到硼酸，溶液b中含有硫酸鈉，硼酸晶體加熱分解得到B₂O₃，最后用Mg還原得到粗硼．
（1）由上述分析可知，第①步通入過(guò)量二氧化碳，則a為NaHCO₃，第③步加入硫酸，b為Na₂SO₄，
故答案為：NaHCO₃；Na₂SO₄；
（2）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaBO₂與Mg（OH）₂，反應(yīng)方程式為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂，
故答案為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
（3）NaBO₂和二氧化碳反應(yīng)生成Na₂B₄O₇•10H₂O和碳酸氫鈉，離子方程式為2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-，故答案為：2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-；
（4）步驟③中化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生的原因是：硼酸的酸性小于硫酸，符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應(yīng)的進(jìn)行，
故答案為：硼酸的酸性小于硫酸，符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應(yīng)的進(jìn)行；
（5）過(guò)硼酸鈉晶體（NaBO₃•4H₂O）的物質(zhì)的量=$\frac{30.8g}{154g/mol}$=0.2mol，T₂°C質(zhì)量變化為27.20g，質(zhì)量變化30.8g-27.20g=3.6g，減少水的質(zhì)量=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，則1molNaBO₃•4H₂O失去水1mol，則T₂℃時(shí)所得晶體的化學(xué)式為NaBO₃•3H₂O，
故答案為：NaBO₃•3H₂O；

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)制備方案，圖象分析判斷和計(jì)算應(yīng)用，理解工藝流程原理是解題關(guān)鍵，側(cè)重對(duì)化學(xué)用語(yǔ)的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用的能力，難度中等．