题目内容

15．工业上用自然界存在的角膜硼镁矿（主要成分为Mg2B3O5•5H2O）制取金属镁和粗硼，工艺过程如下：

根据以上信息回答下列问题：
（1）硼砂中硼的化合价+3，溶于热水后，若需要调节pH为2-3制取硼酸，写出该反应的离子方程式：B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；
（2）从氯化镁晶体制得无水氯化镁的条件是在HCl酸性气流中加热；其理由是防止MgCl2水解生成Mg（OH）2，若用惰性电磁电解MgCl2溶液，写出电解过程的离子方程式：2H2O+Mg2++2Cl-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Mg（OH）2↓+Cl2↑．
 （3）制得的粗硼可在一定条件与I2作用生产BI2，再提纯BI2，BI2沸点较低，提纯可采用蒸馏法；高温时BI2即可分解，得到高纯度硼．根据分解生成碘的量还可以测定粗硼的粗度．方法如下：
称取0.04g粗硼转化成纯BI2，再完全分解，生成的碘用0.3mol/L的Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗标准液36.00mL（滴定原理：I2+2S2O32-═2I-+S4O62-）
①滴定终点判断应用淀粉作指示剂；
②标准液应盛装在碱式滴定管中；
③该粗硼的纯度为99%．
（4）Mg-H2O2酸性染料电池的反应机理为：Mg+H2O2+2H+=Mg2++2H2O，则电池正极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O；常温下，若起始电解液pH=1，则电池工作一段时间后，电解液pH=2，此时溶液中c（Mg2+）0.045 mol•L-1；当溶液pH=6时，镁元素的主要存在形式是Mg2+形式存在，没有Mg（OH）2沉淀．（已知：Ksp[Mg（OH）2]=5.6×10-12）

分析 硼镁矿主要成分为Mg2B2O5•H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液过滤得到氯化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，加热得到B2O3；
（1）硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O，依据元素化合价标注计算硼元素化合价；用H2SO4调pH2～3，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3 ；
（2）氯化镁在水溶液中水解生成氢氧化镁；惰性电极电解MgCl2溶液阴极氢离子得到电子生成氢气，水的电离平衡破坏，水电离生成氢氧根离子浓度增大，和镁离子形成氢氧化镁沉淀，据此书写离子方程；
（3）BI2沸点较低，提纯可以利用其沸点的特征用蒸馏的方法分离得到；生成的碘用0.3mol/L的Na2S2O3溶液滴定至终点，需要淀粉溶液做反应的指示剂，H2S2O3为弱酸，Na2S2O3溶液显碱性，据此选择滴定管；根据关系式B～BI3～$\frac{3}{2}$I2～3S2O32-及滴定数据计算出粗硼中硼的含量；
（4）燃料电池中正极上是过氧化氢得到电子生成水；依据电解质溶液PH变化结合电池反应计算镁离子浓度；PH=6计算氢氧根离子浓度，结合生成镁离子浓度计算浓度商和溶度积常数比较分析是否生成氢氧化镁沉淀．

解答 解：（1）硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O，钠元素化合价为+1价，氧元素化合价-2价，依据化合价代数和计算得到硼元素化合价为+3价；用H2SO4调pH2～3，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3 ，反应的离子方程式为：B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；
故答案为：+3；B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；
（2）MgCl2•7H2O需要在HCl氛围中加热，是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁；若用惰性电极电解MgCl2溶液，阴极氢离子得到电子生成氢气，水的电离平衡破坏，水电离生成氢氧根离子浓度增大，和镁离子形成氢氧化镁沉淀，反应的离子方程式为2H2O+Mg2++2Cl-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Mg（OH）2↓+Cl2↑，
故答案为：防止MgCl2水解生成Mg（OH）2；2H2O+Mg2++2Cl-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Mg（OH）2↓+Cl2↑；
（3）制得的粗硼可在一定条件与I2作用生产BI2，再提纯BI2，BI2沸点较低，提纯可采用蒸馏的方法分离得到，故答案为：蒸馏；
①生成的碘用0.3mol/L的Na2S2O3溶液滴定至终点，需要淀粉溶液做反应的指示剂，故答案为：淀粉溶液；
②硫代硫酸钠溶液呈碱性，选择碱式滴定管，故答案为：碱式；
③硫代硫酸钠的物质的量为：0.30mol/L×0.036L=0.0108mol，根据关系式：B～BI3～$\frac{3}{2}$I2～3S2O32-，n（B）=$\frac{1}{3}$n（S2O32-）=0.0108mol×$\frac{1}{3}$=0.0036mol，
硼的质量为：11g/mol×0.0036mol=0.0396g，粗硼中硼的含量为：$\frac{0.0396g}{0.04g}$×100%=99%，
故答案为：99%；
（4）镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O，正极上是过氧化氢得到电子生成水的反应，正极反应式H2O2+2H++2e-=2H2O；若起始电解质溶液pH=1，则pH=2时溶液中，氢离子浓度减小0.1mol/L-0.01mol/L=0.09mol/L，依据反应方程式得到Mg2+离子浓度=0.045mol/L；Ksp[Mg（OH）2]=5.6×10-12，当溶液pH=6时，c（OH-）=10-8mol/L，则Qc=c（Mg2+）×c2（OH-）=0.045mol/L×10-16mol/L=4.5×10-18＜Ksp[Mg（OH）2]，说明无氢氧化镁沉淀生成，只有Mg2+形式存在；
故答案为：H2O2+2H++2e-=2H2O；0.045 mol•L-1；Mg2+形式存在，没有Mg（OH）2沉淀．

点评 本题考查了盐类的水解、原电池原理和电解池原理的分析，沉淀溶解平衡的计算应用，题目难度稍大，计算是难点，计算时要充分利用题目所给数量关系和表中数据，根据质量关系和质量分数的概念快速解题．

练习册系列答案
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16．A、B、C、D、E、F为元素周期表中前三周期的主族元素，它们的原子序数按A、B、C、D、E、F的顺序增大．A是原子半径最小的原子；B的最外层电子数是次外层电子数的2倍，D与F最外层电子数相等，F的最高价氧化物中含氧60%，E与D可形成E2D、E2D2两种离子化合物．填写下列空白：
（1）A的原子结构示意图，C在周期表中的位置是第二周期第ⅤA族，从结构角度判断A2应比C2活泼 （填稳定或活泼）理由是氮氮三键的键能大于H-H
（2）写出A2F的结构式H-S-H；E2D2的电子式，其中含有的化学键类型是离子键和共价键
（3）用电子式表示BD2化合物的形成过程．
17．设NA为阿伏伽德罗常数，下列说法正确的是（　　）
A．2.24L CO2中含有的原子数为0.3NAB．20g D2O所含的中子数为10NA
C．16g CH4中含C-H键数目为NAD．1 mol 氦气含有的原子数为2NA
3．工业上用难溶于水的碳酸锶（SrCO3）粉末为原料（含少量钡和铁的化合物）制备高纯六水氯化锶晶体（SrCl2•6H2O），其过程为：

已知：Ⅰ．有关氢氧化物沉淀的pH：
氢氧化物Fe（OH）3Fe（OH）2
开始沉淀的pH1.56.5
沉淀完全的pH3.79.7
Ⅱ．SrCl2•6H2O 晶体在61℃时开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水．
（1）操作①需要加快反应速率，措施有充分搅拌和加热、适当增加盐酸浓度等（写一种）．碳酸锶与盐酸反应的离子方程式SrCO3+2H+=Sr2++CO2↑+H2O．
（2）在步骤②-③的过程中，将溶液的pH值由1调节至B；宜用的试剂为E．
A.1.5  B.3.7     C.9.7     D．氨水    E．氢氧化锶粉末    F．碳酸钠晶体
（3）操作③中所得滤渣的主要成分是Fe（OH）3、BaSO4 （填化学式）．
（4）工业上用热风吹干六水氯化锶，适宜的温度是A
A．50～60℃B．80～100℃C．100℃以上
（5）步骤⑥宜选用的无机洗涤剂是饱和氯化锶溶液．
10．铁酸锌（ZnFe2O4）是对可见光敏感的半导体催化剂，其实验室制备原理为：
Zn2++2Fe2++3C2O42-+6H2O$\frac{\underline{\;75℃\;}}{\;}$ ZnFe2（C2O4）3•6H2O↓  …（a）
ZnFe2（C2O4）3•6H2O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O …（b）
已知：ZnC2O4和FeC2O4难溶于水．
（1）上述制备原理中不属于氧化还原反应的是a（选填：“a”或“b”）．
（2）制备ZnFe2（C2O4）3•6H2O时，可选用的药品有：
Ⅰ．（NH4）2Fe（SO4）2•6H2OⅡ．ZnSO4•7H2OⅢ．（NH4）2C2O4•7H2O．
①称量药品时，必须严格控制n（Fe2+）/n （Zn2+）=2：1．
②选用的加料方式是c（填字母）．
a．按一定计量比，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ同时加入反应器并加水搅拌，然后升温至75℃．
b．按一定计量比，Ⅰ、Ⅲ同时加入反应器加水配成溶液，然后加入Ⅱ，再升温到75℃．
c．按一定计量比，将Ⅰ、Ⅱ混合并配成溶液甲，Ⅲ另配成溶液乙，甲、乙同时加热到
75℃，然后将乙溶液缓慢加入甲溶液中，并持续搅拌．
（3）从溶液中分离出ZnFe2（C2O4）3•6H2O需过滤、洗涤．已洗涤完全的依据是取最后一次洗涤滤液，滴入1-2滴盐酸酸化的BaCl2溶液，若不出现白色沉淀，表示已洗净．
（4）ZnFe2（C2O4）3•6H2O热分解需用酒精喷灯，还用到的硅酸盐质仪器有坩埚、泥三角、玻璃棒．
（5）某化学课外小组拟用废旧干电池锌皮（含杂质铁），结合图信息从提供的试剂中选取适当试剂，制取纯净的ZnSO4•7H2O．

实验步骤如下：
 ①将锌片完全溶于稍过量的3mol•L-1稀硫酸，加入A（选填字母，下同）．
A．30%H2O2B．新制氯水       C．FeCl3溶液     D．KSCN溶液
②加入C．
A．纯锌粉B．纯碳酸钙粉末   C．纯ZnO粉末   D．3mol•L-1稀硫酸
③加热到60℃左右并不断搅拌．
④趁热过滤得ZnSO4溶液，再蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥．
其中步骤③加热的主要目的是促进Fe3+水解转化为沉淀，并使过量的H2O2分解除去．
20．草酸是一种重要的化工原料，广泛用于药物生产、高分子合成等工业，草酸晶体受热到100℃时失去结晶水，成为无水草酸．某学习小组的同学拟以甘蔗渣为原料用水解一氧化一水解循环进行制取草酸如图1．

请跟据以上信息回答下列问题：
（1）图示①②的氧化一水解过程是在图2的装置三颈烧瓶中进行的，指出装置B的名称球形冷凝管，B装置的作用是冷凝回流硝酸．
（2）图示①②的氧化一水解过程中，在硝酸用量、反应的时间等条件均相同的情况下，改变反应温度以考察反应温度对草酸收率的影响，结果图3所示，请选择最佳的反应温度为70℃，为了达到图2所示的温度，选择图1的水浴加热，其优点是便于控制温度，使装置受热均匀．
（3）要测定草酸晶体（H2C204+2H20）的纯度，称取7.200g制备的草酸晶体溶于适量水配成 250mL溶液，取25.00mL草酸溶液于锥形瓶中，用0.1000mol/L酸性高锰酸钾溶液滴 定（5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10C02T+8H20），
①取25.00mL草酸溶液的仪器是酸式滴定管，
②在草酸纯度测定的实验过程中，若滴定终点读取滴定管刻度时，仰视标准液液面，会使实验结果偏高．（填“偏高”“偏低”或“没有影响”）
③判断滴定已经达到终点的方法是：向锥形瓶中滴入最后一滴高锰酸钾标准液，锥形瓶中溶液变成浅红色且半分钟后不变色．
④达到滴定终点时，消耗高锰酸钾溶液共20.00mL，则草酸晶体的纯度为87.5%．
7．下列各表为周期表的一部分（表中为原子序数），其中正确的是（　　）
A．
 2 
11  
19  
B．
234
 11 
 19 
C．
 6 
111213
 24 
D．
 67
 14 
3132 
4．下列物质中，既有离子键，又有共价键的是（　　）
A．CaCl2B．Na2OC．H2SO4D．NH4Cl
5．（1）下列物质变化，只与氢键有关的是BCD．（填字母序号）
A．干冰熔化      B．乙酸汽化       C．乙醇与丙酮混溶       D．溶于水  
E．碘溶于四氯化碳         F．石英熔融
（2）下列物质中，只含有极性键的分子是BC（均填字母序号），既含离子键又含共价键的化合物是G，只存在σ键的分子是CE，同时存在σ键和π键的分子是ABD．
A．N2   B．CO2   C．CH2Cl2   D．C2H4   E．C2H6   F．CaCl2   G．NH4Cl
（3）用“＞”“＜”“=”填空：
第一电离能的大小：Mg＞Al；电负性的大小：As＜Br．

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