Question

7．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，其流程如下：

已知：NaBH₄常溫下能與水反應，可溶于異丙胺（沸點：33℃）．
（1）NaBH₄中H元素的化合價為-1．
請配平第①步反應的化學方程式，并用單線橋標出電子轉移的方向和數(shù)目：
□NaBO₂+□SiO₂+□Na+□H₂=□NaBH₄+□Na₂SiO₃
（2）實驗室取用少量金屬鈉需要用到的實驗用品有鑷子、濾紙、玻璃片和小刀等．
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裝置中的空氣和水蒸氣．
（3）第②步分離采用的方法是過濾．
第③步分出NaBH₄并回收溶劑，采用的方法是蒸餾．
（4）NaBH₄（s）與H₂O（l）反應生成NaBO₂（s）和氫氣（g），在25℃，101kPa下，已知每消耗3.8g NaBH₄（s）放熱21.6kJ，該反應的熱化學方程式是NaBH₄（s）+2H₂O（l）═NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216kJ•mol^-1．

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可溶于異丙胺，根據(jù)③知，②中加入的溶劑是異丙胺，NaBH₄溶解于異丙胺、Na₂SiO₃不溶于異丙胺，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；異丙胺沸點：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH₄；
（1）NaBH₄中Na為+1價，B為+3價，可結合化合物中各元素正負化合價代數(shù)和為0，計算出氫元素的化合價，①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)轉移電子守恒、原子守恒配平方程式；
（2）原料中的金屬鈉通常保存在煤油中，需要用到的實驗用品有鑷子、濾紙、玻璃片和小刀等，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；
（3）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；熔沸點相差較大的可以采用蒸餾方法；
（4）n（NaBH₄）=$\frac{3.8g}{38g/mol}$=0.1mol，在25℃、101kPa下，每消耗0.1molNaBH₄（s）放熱21.6kJ，則消耗1molNaBH₄（s）放熱216.0kJ，據(jù)此書寫熱化學方程式．

解答 解：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可溶于異丙胺，根據(jù)③知，②中加入的溶劑是異丙胺，NaBH₄溶解與異丙胺、Na₂SiO₃不溶于異丙胺，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；異丙胺沸點：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH₄，
（1）NaBH₄中根據(jù)化合物中各元素正負化合價代數(shù)和為0，并結合Na為+1價、B為+3價計算出H為-1價，第①步反應中根據(jù)轉移電子守恒、原子守恒配平方程式為NaBO₂+2SiO₂+4Na+2H₂═NaBH₄+2Na₂SiO₃，電子轉移數(shù)目為4e^-，
故答案為：-1價；；
（2）鈉的密度大于煤油，為隔絕空氣和水，原料中的金屬鈉通常保存在煤油中，實驗室取用少量金屬鈉時，需要鑷子夾取鈉、用濾紙吸煤油，所以實驗室取用少量金屬鈉需要用到的實驗用品有鑷子、濾紙、玻璃片和小刀等，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，鈉極易和空氣中氧氣、和水反應，故答案為：鑷子；除去裝置中的空氣和水蒸氣；
（3）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，②中加入的溶劑是異丙胺，NaBH₄溶解與異丙胺、Na₂SiO₃不溶于異丙胺，所以第②步分離采用的方法是過濾；熔沸點相差較大的可以采用蒸餾方法，異丙胺沸點：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH₄，故答案為：過濾；蒸餾；
（4）NaBH₄（s）與H₂O（l）反應生成NaBO₂（s）和H₂（g），n（NaBH₄）=$\frac{3.8g}{38g/mol}$=0.1mol，在25℃、101kPa下，每消耗0.1molNaBH₄（s）放熱21.6kJ，則消耗1molNaBH₄（s）放熱216.0kJ，則熱化學方程式為NaBH₄（s）+2H₂O（l）=NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216.0kJ/mol，故答案為：NaBH₄（s）+2H₂O（l）=NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216.0kJ/mol．

點評 本題考查物質制備實驗方案設計，為高頻考點，側重考查學生分析推斷及知識綜合應用能力，涉及物質分離提純、熱化學反應方程式的書寫、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．