Question

19．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：

回答下列問(wèn)題：
（1）Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合價(jià)為+3．
（2）溶液a、溶液b中溶質(zhì)的化學(xué)式分別為NaHCO₃、Na₂SO₄．
（3）寫(xiě)出步驟①的化學(xué)方程式Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂．
（4）寫(xiě)出步驟⑤的化學(xué)方程式B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．
（5）步驟③中化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生的原因是強(qiáng)酸制弱酸原理．
（6）BF₃是有機(jī)化學(xué)中常用的酸性催化劑，BF₃分子中B和F最外層的電子數(shù)分別為6、8個(gè)．

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）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算B元素化合價(jià)；
（2）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；
（3）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaBO₂與Mg（OH）₂；
（4）步驟⑤是Mg與B₂O₃發(fā)生置換反應(yīng)生成B與MgO；
（5）符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理；
（6）BF₃分子中B原子與F原子之間形成1對(duì)共用電子對(duì)．

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）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，可知Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合價(jià)為+3，
故答案為：+3；
（2）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；
（3）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；
（4）步驟⑤是Mg與B₂O₃發(fā)生置換反應(yīng)生成B與MgO，反應(yīng)方程式為：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案為：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO；
（5）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：強(qiáng)酸制弱酸原理；
（6）BF₃分子中B原子與F原子之間形成1對(duì)共用電子對(duì)，B原子形成3故B-F鍵，故分子中B原子最外層電子數(shù)為3+3=6，F(xiàn)原子最外層電子數(shù)為7+1=8，
故答案為：6；8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)制備方案，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，題目難度中等．