题目内容
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pH2～3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，其阴极反应式为 ．
（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 ．若起始电解质溶液pH=1，则pH=2时溶液中Mg2+离子浓度为 ．已知Ksp[Mg（OH）2]=5.6×10-12，当溶液pH=6时， （填“有”或“没有”）Mg（OH）2沉淀析出．
（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-1 Na2S2O3（H2S2O3为弱酸）溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00mL．盛装Na2S2O3溶液的仪器应为 滴定管（填“酸式”或“碱式”）．该粗硼样品的纯度为 ．（提示：I2+2S2O32-═2I-+S4O62-）
已知：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为：
回答下列有关问题：
（1）硼砂中B的化合价为
（2）MgCl2?7H2O需要在HCl氛围中加热，其目的是
（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-1 Na2S2O3（H2S2O3为弱酸）溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00mL．盛装Na2S2O3溶液的仪器应为
考点：制备实验方案的设计,化学电源新型电池,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用
专题：实验设计题
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，过电解得到镁；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 ，X为H3BO3晶体加热脱水的产物判断为B2O3，与Mg反应生成粗硼和氧化镁；
（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，合并写出电极反应；
（3）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；
（4）硫代硫酸钠溶液呈碱性，选择碱式滴定管，根据反应方程式及滴定数据计算出粗硼中硼的含量．
（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 ，X为H3BO3晶体加热脱水的产物判断为B2O3，与Mg反应生成粗硼和氧化镁；
（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，合并写出电极反应；
（3）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；
（4）硫代硫酸钠溶液呈碱性，选择碱式滴定管，根据反应方程式及滴定数据计算出粗硼中硼的含量．
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，X为H3BO3晶体加热脱水的产物判断为B2O3，与Mg反应生成粗硼和氧化镁，反应的化学方程式为3Mg+B2O3
2B+3MgO，
故答案为：+3；B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；3Mg+B2O3
2B+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，合并写出阴极反应式为：2H2O+Mg2++2e-=H2↑+Mg（OH）2↓；
故答案为：防止MgCl2水解生成Mg（OH）2；2H2O+Mg2++2e-=H2↑+Mg（OH）2↓；
（3）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；
故答案为：H2O2+2H++2e-=2H2O；0.045 mol?L-1；没有；
（4）硫代硫酸钠溶液呈碱性，选择碱式滴定管；硫代硫酸钠的物质的量为：0.30mol/L×0.018L=0.0054mol，根据关系式：B～BI3～
I2～3S2O32-，n（B）=
n（S2O32-）=0.0018mol，
硼的质量为：11g/mol×0.0018mol=0.0198g，粗硼中硼的含量为：
×100%=99%，
故答案为：碱式；99%．
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故答案为：+3；B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；3Mg+B2O3
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（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，合并写出阴极反应式为：2H2O+Mg2++2e-=H2↑+Mg（OH）2↓；
故答案为：防止MgCl2水解生成Mg（OH）2；2H2O+Mg2++2e-=H2↑+Mg（OH）2↓；
（3）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；
故答案为：H2O2+2H++2e-=2H2O；0.045 mol?L-1；没有；
（4）硫代硫酸钠溶液呈碱性，选择碱式滴定管；硫代硫酸钠的物质的量为：0.30mol/L×0.018L=0.0054mol，根据关系式：B～BI3～
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硼的质量为：11g/mol×0.0018mol=0.0198g，粗硼中硼的含量为：
| 0.0198g |
| 0.02g |
故答案为：碱式；99%．
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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