Question

19．硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体（Na₂B₄O₇•10H₂O）时的废渣，其主要成分是MgO，还含有CaO、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃、SiO₂等杂质．以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用．硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如图：

回答下列问题：
（1）Na₂B₄O₇•10H₂O中B的化合价为+3．
（2）滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体，写出生成黑色固体的离子方程式ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺，该反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，还原产物是Cl^-．
（3）加入MgO的目的是调节溶液的pH值，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀除去该过程除了加入MgO外，还能选择加入下列物质中的①③（填编号）
①碳酸镁     ②氨水     ③氢氧化镁    ④氢氧化钠
（4）因B₂O₃溶于硫酸，所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸（H₃BO₃），硼酸与NaOH溶液反应可制得硼砂晶体，写出生成硼砂晶体的化学方程式4H₃BO₃+2NaOH+3H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O ．
（5）Na₂B₄O₇•10H₂O失去全部结晶水后的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂--NaBH₄”（该过程B的化合价不变）．“有效氢含量”可用来衡量含氢还原剂的还原能力，其定义是：每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H₂的还原能力．NaBH₄的有效氢含量为0.21 （计算结果保留两位小数）．

Answer 1

分析 硼镁泥主要成份是MgO，还有CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃、SiO₂等杂质，加入硫酸，MgO、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃都和硫酸反应，SiO₂不与硫酸反应，次氯酸钠具有强氧化性，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，把亚铁离子氧化成铁离子，加MgO调节pH，溶液pH升高，铁离子生成氢氧化铁沉淀，铝离子形成氢氧化铝沉淀，过滤，滤渣B含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂，蒸发浓缩滤液，趁热过滤，滤渣C为硫酸钙晶体，滤液中含镁离子，除钙后，只剩镁离子，蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体，
（1）化学式中元素化合价代数和为0计算；
（2）渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体为MnO₂，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，结合电子守恒和原子守恒配平书写离子方程式，元素化合价升高的做还原剂，元素化合价降低的做氧化剂，氧化剂被还原得到还原产物；
（3）加入MgO的目的是调节溶液PH沉淀铁离子，加入的试剂和酸反应但不能引入新的杂质；
（4）H₃BO₃与NaOH溶液反应生成Na₂B₄O₇•lOH₂O；
（5）每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H₂的还原能力，则NaBH₄变化为H⁺，电子转移和氢气变化为氢离子电子转移相同，据此计算；

解答 解：硼镁泥主要成份是MgO，还有CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃、SiO₂等杂质，加入硫酸，MgO、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃都和硫酸反应，SiO₂不与硫酸反应，次氯酸钠具有强氧化性，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，把亚铁离子氧化成铁离子，加MgO调节pH，溶液pH升高，铁离子生成氢氧化铁沉淀，铝离子形成氢氧化铝沉淀，过滤，滤渣B含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂，蒸发浓缩滤液，趁热过滤，滤渣C为硫酸钙晶体，滤液中含镁离子，除钙后，只剩镁离子，蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体，
（1）Na₂B₄O₇•10H₂O中，钠的化合价+1价，氧元素化合价-2价，元素化合价代数和为0计算得到B的化合价为：2×（+1）+4x+（-2）×7=0，x=+3，
故答案为：+3；
（2）滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体，NaClO溶液在加热条件下将溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，生成黑色固体的离子方程式为：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺，该反应中氯元素化合价+1价变化为-1价，次氯酸钠做氧化剂，锰离子做还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，还原产物为Cl^-，
故答案为：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺；1：1；Cl^-；
（3）加入MgO的目的是调节溶液的pH值，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀除去，该过程除了加入MgO外，还能选择加入物质能和酸反应调节溶液PH，且不能引入新的杂质，选择①碳酸镁，③氢氧化镁，②氨水会引入铵根离子，④氢氧化钠加入会引入钠离子，故选①③，
故答案为：调节溶液的pH值，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀除去；①③；
（4）H₃BO₃与NaOH溶液反应生成Na₂B₄O₇•lOH₂O，其反应方程式为：4H₃BO₃+2NaOH+3H₂O=Na₂B₄O₇•lOH₂O，
故答案为：4H₃BO₃+2NaOH+3H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O；
（5）每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H₂的还原能力，则NaBH₄变化为H⁺，电子转移8e^-，电子转移和氢气变化为氢离子电子转移相同，设相当于氢气质量为x，计算为：
$\frac{1\\;g}{37.8g/mol}$×8=$\frac{\\;x}{2}$×2
x=0.21g
故答案为：0.21；

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及物质的分离与提纯、对原理与条件控制分析、盐类水解等，关键是对工艺流程理解，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．，题目难度中等．