化学自习室移动版

一、知识精讲

1．硼

硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发生如下反应：

(1)高温下，与N₂、S、X₂等单质反应，如2B＋N₂2BN。

(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。

(3)赤热下，与水蒸气反应，2B＋6H₂O(g)2B(OH)₃＋3H₂。

(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应，2B＋3H₂SO₄(浓)2H₃BO₃＋3SO₂↑，B＋3HNO₃(浓)H₃BO₃＋3NO₂↑。

2．硼酸(H₃BO₃)

(1)一元弱酸，H₃BO₃＋H₂OH^＋＋[B(OH)₄]^－。

(2)H₃BO₃受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO₂)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H₂B₄O₇)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B₂O₃)。

3．硼氢化钠(NaBH₄)

硼氢化钠中的氢元素为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂：

NaBH₄―――→。

4．硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)

(1)制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO₂调节pH，浓缩结晶分离出硼砂：

4NaBO₂＋CO₂＋10H₂O===Na₂B₄O₇·10H₂O＋Na₂CO₃。

(2)将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH，可析出溶解度小的硼酸晶体：

Na₂B₄O₇＋H₂SO₄＋5H₂O===4H₃BO₃↓＋Na₂SO₄。

二、专题精炼

1．NaBH₄与FeCl₃反应可制取纳米铁：2FeCl₃＋6NaBH₄＋18H₂O===2Fe＋6NaCl＋6H₃BO₃＋21H₂↑，下列说法正确的是(　　)

A．该反应中氧化剂只有FeCl₃

B．NaBH₄的电子式为

C．NaBH₄不能与水发生反应

D．该反应中每生成1 mol Fe转移电子3 mol

答案　B

解析　反应2FeCl₃＋6NaBH₄＋18H₂O===2Fe＋6NaCl＋6H₃BO₃＋21H₂↑中，FeCl₃中的Fe由＋3价降低到0价，水中部分H由＋1价降低到0价，所以该反应中氧化剂为FeCl₃和H₂O，A项错误；NaBH₄由钠离子与BH₄^－构成，为离子化合物，则其电子式为

，

B项正确；NaBH₄中H为－1价，水中H为＋1价，两者发生归中反应可生成氢气，C项错误；题述氧化还原反应中，化合价升高的只有NaBH₄中的H，由－1价升高到0价，可据此判断电子转移数目，每生成1 mol Fe，消耗3 mol NaBH₄，转移电子12 mol，D项错误。

2．按要求回答问题

(1)[2019·全国卷Ⅰ，26(3)]根据H₃BO₃的解离反应：H₃BO₃＋H₂OH^＋＋B(OH)₄^－，K_a＝5.81×10^－10，可判断H₃BO₃是________酸。

(2)[2015·全国卷Ⅰ，27(1)(6)]写出Mg₂B₂O₅·H₂O与硫酸反应的化学方程式：___________________________。

单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：_____________________。

(3)[2015·安徽理综，27(2)]请配平化学方程式：______NaBO₂＋______SiO₂＋______Na＋______H₂===____NaBH₄＋______Na₂SiO₃。

(4)[2014·重庆理综，11(2)]NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应得到NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为_____________________。

答案　(1)一元弱　(2)Mg₂B₂O₅·H₂O＋2H₂SO₄2MgSO₄＋2H₃BO₃　2H₃BO₃B₂O₃＋3H₂O、B₂O₃＋3Mg2B＋3MgO　(3)1　2　4　2　1　2

(4)NaBH₄＋2H₂O===NaBO₂＋4H₂↑

3．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知硼镁矿的主要成分为Mg₂B₂O₅·H₂O，硼砂的化学式为Na₂B₄O₇·10H₂O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：

(1)写出硼元素在元素周期表中的位置：________________。

(2)将硼砂溶于水后，用硫酸调节溶液的pH≈3.5以制取硼酸(H₃BO₃)，该反应的离子方程式为_________________。

(3)由MgCl₂·6H₂O制备MgCl₂时，一定条件是_______________________。

(4)制得的粗硼在一定条件下反应生成Bi₃，Bi₃在一定条件下受热分解可以得到纯净的单质硼。0.200 0 g 粗硼制成的Bi₃完全分解，将生成的I₂配制成100 mL 碘水，量取10.00 mL 碘水于锥形瓶中，向其中滴加几滴淀粉溶液，用0.300 0 mol·L^－1Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液18.00 mL。(提示：I₂＋2S₂O₃^2－===2I^－＋S₄O₆^2－)滴定终点的现象为_____________，该粗硼样品的纯度为________%。

(5)H₃BO₃[也可写成B(OH)₃]可以通过电解NaB(OH)₄溶液的方法制备。工作原理如图所示。

①b膜为__________(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，写出产品室发生反应的离子方程式：_____________________，理论上每生成1 mol H₃BO₃，N室可生成________L(标准状况)气体。

②N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%______(填“＞”或“＜”)b%。

答案　(1)第二周期ⅢA族　(2)B₄O₇^2－＋2H^＋＋5H₂O===4H₃BO₃↓　(3)在HCl氛围中加热　(4)滴加最后一滴Na₂S₂O₃溶液，锥形瓶中溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复原色　99　(5)①阴离子　H^＋＋B(OH)₄^－===H₃BO₃＋H₂O　11.2　②＜

解析　(3)因MgCl₂在蒸干灼烧时会发生水解，其水解的化学方程式为MgCl₂＋2H₂OMg(OH)₂＋2HCl，所以为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁，需要在HCl氛围中加热。

(4)消耗的Na₂S₂O₃的物质的量为0.300 0 mol·L^－1×0.018 L＝0.005 4 mol，根据关系式：得，n(B)＝＝0.001 8 mol，

则该粗硼样品中B的物质的量＝0.001 8 mol×＝0.018 mol，则硼的质量为11 g·mol^－1×0.018 mol＝0.198 g，该粗硼样品中硼的质量分数为×10⁰%＝99%。

(5)①产品室可得到H₃BO₃的原因是M室的H^＋穿过阳离子交换膜扩散至产品室，原料室的B(OH)₄^-穿过阴离子交换膜扩散至产品室，二者反应生成H₃BO₃，其离子方程式为H^＋＋B(OH)₄^－===H₃BO₃＋H₂O，所以b膜应为阴离子交换膜。阴极的电解液为氢氧化钠溶液，所以N室的电极反应式为2H₂O＋2e^-===H₂↑＋2OH^－，生成1 mol H₃BO₃时，需要M室和原料室分别转入1 mol H^＋、1 mol B(OH)₄^-，则需转移1 mol e^-，所以N室可生成0.5 mol 氢气，其体积在标准状况下为11.2 L。②N室溶液中氢氧根离子浓度增大，Na^＋从原料室通过阳离子交换膜进入N室，故N室进口溶液浓度比出口的小，即a%＜b%。

4．[2019·全国卷Ⅰ，26(1)(2)(4)]硼酸(H₃BO₃)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg₂B₂O₅·H₂O、SiO₂及少量Fe₂O₃、Al₂O₃)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为___________________。

(2)“滤渣1”的主要成分有______________________。

为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe^3＋离子，可选用的化学试剂是________。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)₂·MgCO₃沉淀的离子方程式为__________________________，

母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。

答案　(1)NH₄HCO₃＋NH₃===(NH₄)₂CO₃

(2)SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃　KSCN溶液

(4)2Mg^2＋＋3CO₃^2－＋2H₂O===Mg(OH)₂·MgCO₃↓＋2HCO₃^－[或2Mg^2＋＋2CO₃^2－＋H₂O===Mg(OH)₂·MgCO₃↓＋CO₂↑]　溶浸　高温焙烧

解析　(1)由流程图加入物质可知，“溶浸”时产生的气体只能是NH₃，NH₃与NH₄HCO₃反应生成用于“沉镁”的物质只能是(NH₄)₂CO₃。

(2)由流程图可知，在过滤获取H₃BO₃之前没有除Fe^3＋、Al^3＋的步骤，推知氧化铁、氧化铝在“溶浸”时没有溶解，而二氧化硅不溶于硫酸铵溶液，因而滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe^3＋的试剂可选用KSCN溶液。

(4)“沉镁”中，结合反应物有Mg^2＋、CO₃^2－，生成物为Mg(OH)₂·MgCO₃，依据离子方程式书写要求，即可写出方程式。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁。