Question

18．硼氫化鈉（NaBH₄）在化工等領域具有重要的應用價值，某研究小組采用偏硼酸鈉NaBO₂為主要原料制備NaBH₄，其流程如圖：

已知：NaBH₄常溫下能與水反應，可溶于異丙酸（沸點：13℃）．
（1）在第①步反應加料之前，需要將反應器加熱至100℃以上并通入氬氣，該操作的目的是：除去反應器中的水蒸氣和空氣．
（2）請配平第①步反應的化學方程式：
1NaBO₂+2SiO₂+4Na+2H_2----1NaBH₄+2Na₂SiO₃
（3）第②步操作需要的玻璃儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒；第③步分離出NaBH₄并回收溶劑，采用的操作方法是蒸餾．
（4）NaBH₄與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，該反應的化學方程式為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反應消耗1molNaBH₄時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為4N_A．

Answer 1

分析 NaBO₂、SiO₂、Na和H₂在一定條件下反應生成NaBH₄、Na₂SiO₃，NaBH₄常溫下能與水反應，且氫氣和氧氣混合加熱易產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，為防止NaBH₄水解、防止產(chǎn)生安全事故，需要將裝置中的空氣和水蒸氣排出；NaBH₄可溶于異丙酸，根據(jù)③知，②中加入的溶劑是異丙酸，NaBH₄溶解于異丙酸、Na₂SiO₃不溶于異丙酸，難溶性固體和溶液采用過濾方法分離，通過過量得到濾液和濾渣，濾渣成分是Na₂SiO₃；異丙酸沸點：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙酸和固體NaBH₄，
（1）為防止安全事故發(fā)生和防止NaBH₄水解，在第①步反應加料之前，需要將反應器加熱至100℃以上并通入氬氣，從而排出空氣和水蒸氣；
（2）該反應中H元素化合價由0價變?yōu)?1價、Na元素化合價由0價變?yōu)?1價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式；
（3）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，然后確定儀器；熔沸點相差較大的可以采用蒸餾方法；
（4）NaBH₄與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式，根據(jù)NaBH₄和轉(zhuǎn)移電子之間的關系式計算．

解答 解：（1）NaBH₄常溫下能與水反應，且氫氣和氧氣混合加熱易產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，為防止NaBH₄水解、防止產(chǎn)生安全事故，需要將裝置中的空氣和水蒸氣排出；
故答案為：除去反應器中的水蒸氣和空氣；
（2）該反應中H元素化合價由0價變?yōu)?1價、Na元素化合價由0價變?yōu)?1價，轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為4，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式為：NaBO₂+2SiO₂+4Na+2H₂═NaBH₄+2Na₂SiO₃，
故答案為：1；2；4；2；1；2；
（3）②中加入的溶劑是異丙酸，NaBH₄溶解與異丙酸、Na₂SiO₃不溶于異丙酸，所以第②步分離采用的方法是過濾，需要的儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒；熔沸點相差較大的可以采用蒸餾方法，異丙酸沸點：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙酸和固體NaBH₄；
故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；蒸餾；
（4）NaBH₄與水反應生成NaBO₂，且反應前后B的化合價不變，NaBO₂中B元素化合價為+3價，所以NaBH₄中H元素的化合價為-1價，所以H元素化合價由-1價、+1價變?yōu)?價，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式為NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑，反應消耗1mol NaBH₄時轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量=1mol×4×（1-0）=4mol，所以轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4N_A或2.408×10²⁴；
故答案為：NaBH₄+2H₂O=NaBO₂+4H₂↑；4N_A．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗方案設計，側(cè)重考查學生分析推斷及知識綜合應用能力，涉及物質(zhì)分離提純、氧化還原反應、實驗基本操作等知識點，綜合性較強且較基礎，難點是分析流程圖中發(fā)生的反應、基本操作等，題目難度中等．