Question

【题目】硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。

已知：硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为Na2B4O710H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为：

回答下列有关问题：

(1)硼砂中B的化合价为________________，溶于热水后，常用H2SO4调pH为2～3制取H3BO3，反应的离子方程式为________________________________________________________________。X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg制取粗硼的化学方程式为_______________________________________________________________。

(2)MgCl2·7H2O需要在HCl氛围中加热，其目的是______________________________________________________________。若用惰性电极电解MgCl2溶液，其总反应离子方程式为____________________________________________________________。

(3)镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O，则正极反应式为____________________________________________________。

(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI3，BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30mol·L-1Na2S2O3溶液滴定至终点，并选用指示剂，达到滴定终点的现象是_________________________________________。消耗Na2S2O3溶液18.00mL。该粗硼样品的纯度为__________________。(提示：I2+2S2O32－=2I－+S4O62－)

Answer 1

【答案】+3 B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3 3Mg+B2O32B+3MgO 防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 2H2O+Mg2++2Cl-Cl2↑＋H2↑+Mg(OH)2↓ H2O2+2H++2e-＝2H2O 当滴入最后一滴标准液时，溶液恰好由蓝色褪至无色，且半分钟不恢复原色 97.3%

【解析】

硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O,硼砂的化学式为Na2B4O710H2O。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,滤渣中加入浓盐酸得到氯化镁,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,电计算得出到镁;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pH为2-3制取H3BO3,加热得到X为B2O3,
(1)硼砂的化学式为Na2B4O710H2O,用H2SO4调pH为2-3制取H3BO3,硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3,微溶于水，为一元弱酸；据此写出反应的离子方程式；

(2)氯化镁在水溶液中水解生成氢氧化镁,加入盐酸可抑制水解;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，阳极氯离子失电子生成氯气，据此写出该反应的总反应；
(3)燃料电池中正极上是过氧化氢得到电子生成水；

(4)根据碘遇淀粉变蓝的性质，判断滴定终点；根据关系式B-BI3-3/2I2-3 S2O32-，及滴定数据计算出粗硼中硼的含量。

(1) 硼砂的化学式为Na2B4O710H2O，根据化合价法则，钠元素为+1价，氢元素为+1价，氧元素为-2价，所以硼砂中B的化合价为+3价；硼砂溶于水，在酸性条件下生成H3BO3，反应的离子方程式为：B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3；H3BO3晶体加热脱水的产物为B2O3，B2O3在通电条件下与镁发生置换反应生成粗硼，化学方程式为：. 3Mg+B2O32B+3MgO；综上所述，本题答案是：+3，B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3 3Mg+B2O32B+3MgO。

(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；阳极氯离子失电子变为氯气；其总反应离子方程式：2H2O+Mg2++2Cl- ===Cl2↑＋H2↑+Mg(OH)2↓；综上所述，本题答案是：防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 ；2H2O+Mg2++2Cl- ==Cl2↑＋H2↑+Mg(OH)2↓。

(3)镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O，则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；综上所述，本题答案是：H2O2+2H++2e-＝2H2O。

(4) 碘与淀粉变蓝，根据：I2+2S2O32－=2I－+S4O62－反应可知，当滴入最后一滴标准液时，溶液恰好由蓝色褪至无色，且半分钟不恢复原色，达到滴定终点； 硫代硫酸钠的物质的量为0.30×18×10-3mol；根据关系式可知：B-BI3-3/2I2-3 S2O32-，，n(B)=1/3n(S2O32-)=1/3×0.30×18×10-3mol=1.8×10-3mol；单质硼的质量为1.8×10-3×10.81=0.01946g; 粗硼中硼的含量为: 0.01946/0.020×100%= 97.3%；

综上所述，本题答案是：当滴入最后一滴标准液时，溶液恰好由蓝色褪至无色，且半分钟不恢复原色；97.3% 。