Question

1．在元素周期表中，铝在硼的正下方，它们有很多相似的化学性质，可以形成许多组成和性质类似的化合物．单质硼可以通过硼镁矿Mg₂B₂O₅•H₂O来制取．（如图甲）

（1）写出步骤①的化学方程式Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH═2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
（2）写出步骤②的离子方程式2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O═Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-；
（3）写出表示溶液a物料守恒的关系c（Na⁺）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）；
（4）步骤③中加入稀H₂SO₄的作用是利用强酸制备弱酸H₃BO₃；
（5）将制得的粗硼在一定条件下反应全部生成BI₃，BI₃热分解可以得到纯净的单质硼．0.25g粗硼制成的BI₃分解得到的I₂全部被收集后，用2.00mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定，达到滴定终点时消耗27.00mL Na₂S₂O₃溶液．（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①滴定过程中所用的指示剂为淀粉溶液，滴定终点的现象是溶液由蓝色恰好变为无色；②粗硼中硼的含量为79.2%；
（6）利用硼砂晶体（Na₂B₄O₇•10H₂O）可制备过硼酸钠，它是一种优良的漂白剂，被广泛应用于洗衣粉、漂白粉、洗涤剂中．已知纯净的过硼酸钠晶体中各元素的物质的量之比为以n（Na）：n（B）：n（H）：n（O）=1：1：n：7．取过硼酸钠晶体在70℃以上加热将逐步失去结晶水，测固体质量随温度的变化如图乙所示，则乃时所得晶体的化学式为NaBO₃•H₂O，请写出简要的解题过程T₃时n（Na）=$\frac{20.0g×23%}{23g/mol}$=0.2mol，
则30.80g样品中，依n（Na）：n（B）：n（H）：n（O）=l：1：n：7=0.2：0.2：0.2n：1.4，
样品的质量为：0.2×23+0.2×11+0.2n+1.4×16=30.8
解得：n=8，则原晶体为：NaBO₃•4H₂O．
T₃时所得晶体中钠元素的质量分数，求出结晶水数目：$\frac{23}{23+11+48+18n}$=0.23，解得n=1，
所以T₃时所得晶体的化学式为NaBO₃•H₂O．

Answer 1

分析 硼镁矿与氢氧化钠溶液反应：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH═2NaBO₂+2Mg（OH）₂，过滤除去氢氧化镁，NaBO₂溶液中，通入过量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O与为NaHCO₃，过滤分离，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合复分解反应由强酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度较小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶体与硫酸反应得到硼酸，溶液b中含有硫酸钠，硼酸晶体加热分解得到B₂O₃，最后用Mg还原得到粗硼，
（1）步骤①为Mg₂B₂O₅．H₂O与氢氧化钠溶液反应生成NaBO₂与Mg（OH）₂；
（2）NaBO₂溶液中，通入过量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O与为NaHCO₃；
（3）溶液a为碳酸氢钠溶液，物料手恒其中c（Na）=c（C），C元素在CO₃^2-、HCO₃^-、H₂CO₃中；
（4）根据强酸制弱酸分析；
（5）①根据淀粉与碘单质显示蓝色判断；根据反应结束后溶液的蓝色消失分析；
②根据反应方程式及滴定数据计算出粗硼中硼的含量；
（6）根据各元素物质的量比以及图中各数据计算出各元素的原子个数比，写出化学式．

解答 解：（1）步骤①为Mg₂B₂O₅．H₂O与氢氧化钠溶液反应生成NaBO₂与Mg（OH）₂，反应方程式为：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
故答案为：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH═2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
（2）NaBO₂溶液中，通入过量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O与为NaHCO₃，离子方程式为：2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O═Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-；
故答案为：2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O═Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-；
（3）溶液a为碳酸氢钠溶液，物料手恒其中c（Na）=c（C），则c（Na⁺）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）；
故答案为：c（Na⁺）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）；
（4）由于硼酸的酸性小于硫酸，符合复分解反应由强酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度较小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶体与硫酸反应得到硼酸；
故答案为：利用强酸制备弱酸H₃BO₃；
（5）①滴定过程中有碘单质参与，可以使用淀粉溶液作为指示剂，滴定终点时溶液由蓝色恰好变为无色；
故答案为：淀粉溶液；溶液由蓝色恰好变为无色；
②硫代硫酸钠的物质的量为：2mol/L×0.0270L=0.0540mol，根据关系式：B～BI₃～$\frac{3}{2}$I₂～3S₂O₃^2-，n（B）=$\frac{1}{3}$n（S₂O₃^2-）=0.0180mol，
硼的质量为：11g/mol×0.0180mol=0.198g，粗硼中硼的含量为：$\frac{0.198g}{0.25g}$×100%=79.2%；
故答案为：79.2%；
（6）T₃时，n（Na）=$\frac{20.0g×23%}{23g/mol}$=0.2mol
则30.8g样品中，根据n（Na）：n（B）：n（H）：n（O）=1：1：n：7=0.2：0.2：0.2n：1.4，
样品的质量为：0.2×23+0.2×11+0.2n+1.4×16=30.8
解得：n=8，则原晶体为：NaBO₃•4H₂O．
T₃时所得晶体中钠元素的质量分数，求出结晶水数目：$\frac{23}{23+11+48+18n}$=0.23，解得n=1，
所以T₃时所得晶体的化学式为NaBO₃•H₂O；
故答案为：NaBO₃•H₂O；
解：T₃时n（Na）=$\frac{20.0g×23%}{23g/mol}$=0.2mol，
则30.80 g样品中，依n（Na）：n（B）：n（H）：n（O）=l：1：n：7=0.2：0.2：0.2n：1.4，
样品的质量为：0.2×23+0.2×11+0.2n+1.4×16=30.8
解得：n=8，则原晶体为：NaBO₃•4H₂O．
T₃时所得晶体中钠元素的质量分数，求出结晶水数目：$\frac{23}{23+11+48+18n}$=0.23，解得n=1，
所以T₃时所得晶体的化学式为NaBO₃•H₂O．

点评 本题考查化学制备方案，图象分析判断和计算应用，理解工艺流程原理是解题关键，侧重对化学用语的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用的能力，难度中等．