Question

7．硼、鎂及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛．已知：硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O，硼砂的化學式為Na₂B₄O₇•10H₂O．利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程為：
回答下列有關問題：
（1）硼砂中B的化合價為+3，溶于熱水后，常用H₂SO₄調(diào)pH2～3制取H₃BO₃，反應的離子方程式為3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO．X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產(chǎn)物，其與Mg制取粗硼的化學方程式為3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO．
（2）MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛圍中加熱，其目的是防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂．
（3）鎂-H₂O₂酸性燃料電池的反應為Mg+H₂O₂+2H⁺=Mg²⁺+2H₂O，則正極反應式為H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O．已知Ksp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，當溶液pH=6時無（填“有”或“無”）Mg（OH）₂沉淀析出．
（4）制得的粗硼在一定條件下生成BI₃，BI₃加熱分解可以得到純凈的單質(zhì)硼．現(xiàn)將0.020g粗硼制成的BI₃完全分解，生成的I₂用0.30mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00mL．量取待測液使用的儀器應為堿式滴定管（填“酸式”或“堿式”）．該粗硼樣品的純度為97.2% （提示：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）．
（5）電化學除了在工業(yè)生產(chǎn)上有重要的作用外，在污水的處理上也有很大的作用如：
含乙酸鈉和對氯酚（）的廢水可以利用微生物電池除去，其原理如圖2所示．
①B是電池的負極（填“正”或“負”）；②A極的電極反應式為+2e^-+H⁺═+Cl^-．

Answer 1

分析 硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O，硼砂的化學式為Na₂B₄O₇•10H₂O．利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程中硼鎂礦加入氫氧化鈉濃溶液過濾得到氯化鎂，加入濃鹽酸溶解通過蒸發(fā)濃縮得到氯化鎂結晶水合物，在氯化氫氣流中加熱得到氯化鎂固體，電解得到鎂；濾液中主要是NaBO₂，通入適量二氧化碳氣體得到硼砂，溶于熱后，用H₂SO₄調(diào)pH2～3制取H₃BO₃，加熱得到B₂O₃；
（1）硼砂的化學式為Na₂B₄O₇•10H₂O，依據(jù)元素化合價標注計算硼元素化合價；用H₂SO₄調(diào)pH2～3，硼砂中的Na₂B₄O₇在酸溶液中生成H₃BO₃ ；X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產(chǎn)物得到B₂O₃，鎂和得到B₂O₃反應生成氧化鎂和硼；
（2）氯化鎂在水溶液中水解生成氫氧化鎂；
（3）燃料電池中正極上是過氧化氫得到電子生成水；PH=6計算氫氧根離子濃度，結合生成鎂離子濃度計算濃度商和溶度積常數(shù)比較分析是否生成氫氧化鎂沉淀；
（4）H₂S₂O₃為弱酸，Na₂S₂O₃溶液顯堿性，據(jù)此選擇滴定管；根據(jù)關系式B～BI₃～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-及滴定數(shù)據(jù)計算出粗硼中硼的含量；
（5）①根據(jù)原電池中陽離子的移動方向確定正負極；
②根據(jù)正極上發(fā)生得電子的還原反應來書寫．

解答 解：（1）硼砂的化學式為Na₂B₄O₇•10H₂O，鈉元素化合價為+1價，氧元素化合價-2價，依據(jù)化合價代數(shù)和計算得到硼元素化合價為+3價；用H₂SO₄調(diào)pH2～3，硼砂中的Na₂B₄O₇在酸溶液中生成H₃BO₃ ，反應的離子方程式為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃，X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產(chǎn)物是B₂O₃，鎂和得到B₂O₃反應生成氧化鎂和硼，反應的化學方程式為：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO，反應中元素化合價降低的做氧化劑，硼元素化合價+3價變化為0價，則B₂O₃做氧化劑；
故答案為：+3；B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃；3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2B+3MgO；
（2）MgCl₂•7H₂O需要在HCl氛圍中加熱，是為了防止氯化鎂水解生成氫氧化鎂，
故答案為：防止MgCl₂水解生成Mg（OH）₂；
（3）鎂-H₂O₂酸性燃料電池的反應機理為Mg+H₂O₂+2H⁺═Mg²⁺+2H₂O，正極上是過氧化氫得到電子生成水的反應，正極反應式H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O；K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，當溶液pH=6時，c（OH^-）=10^-8mol/L，則Q_c=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=0.045mol/L×10^-16mol/L=4.5×10^-18＜K_sp[Mg（OH）₂]，說明無氫氧化鎂沉淀生成；
故答案為：H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O；無；
（4）H₂S₂O₃為弱酸，Na₂S₂O₃溶液顯堿性，據(jù)此選擇滴定管應為簡式滴定管；
硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量為：0.30mol/L×0.018L=0.0054mol，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，
根據(jù)關系式：B～BI₃～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-，
n（B）=$\frac{1}{3}$n（S₂O₃^2-）=0.0018mol，
硼的質(zhì)量為：10.81g/mol×0.0018mol=0.01944g，粗硼中硼的含量為：$\frac{0.01944g}{0.0200g}$×100%=97.2%，
故答案為：堿式；97.2；
（5）①原電池中氫離子的移動方向是從負極流向正極，所以B是電池的負極，
故答案為：負；
②A是正極，正極上發(fā)生得電子的還原反應：+2e^-+H⁺═+Cl^-，
故答案為：+2e^-+H⁺═+Cl^-．

點評 本題考查了鹽類的水解、原電池原理和電解池原理的分析，沉淀溶解平衡的計算應用，題目難度稍大，計算是難點，計算時要充分利用題目所給數(shù)量關系和表中數(shù)據(jù)，根據(jù)質(zhì)量關系和質(zhì)量分數(shù)的概念快速解題．