Question

硼、鎂及其化合物在工農業生產中應用廣泛。
已知：硼鎂礦主要成分為Mg₂B₂O₅?H₂O，硼砂的化學式為Na₂B₄O₇?10H₂O。利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程為：

回答下列有關問題：
（1）硼砂中B的化合價為        ，溶于熱水后，常用H₂SO₄調pH2～3制取H₃BO₃，反應的離子方程式為             。X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產物，其與Mg制取粗硼的化學方程式為               。
（2）MgCl₂·7H₂O需要在HCl氛圍中加熱，其目的是                           。若用惰性電極電解MgCl₂溶液，其陰極反應式為                 。
（3）鎂-H₂O₂酸性燃料電池的反應機理為Mg+H₂O₂+2H⁺==Mg²⁺+2H₂O，則正極反應式為                  。若起始電解質溶液pH=1，則pH=2時溶液中Mg²⁺離子濃度為       。已知Ksp[Mg(OH)₂]=5．610^-12，當溶液pH=6時       (填“有”或“沒有”)Mg(OH)₂沉淀析出。
（4）制得的粗硼在一定條件下生成BI₃，BI₃加熱分解可以得到純凈的單質硼。現將    0．020g粗硼制成的BI₃完全分解，生成的I₂用0．30mol·L^-1 Na₂S₂O₃(H₂S₂O₃為弱酸)溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液18．00mL。盛裝Na₂S₂O₃溶液的儀器應為       滴定管(填“酸式”或“堿式”)。該粗硼樣品的純度為       。(提示：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)

Answer 1

（1）+3（2分） B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O= 4H₃BO₃（2分）Mg+B₂O₃===2B+3MgO（2分） 
（2）防止MgCl₂水解生成Mg(OH)₂（2分） 
2H₂O+Mg²⁺+2e^-= H₂↑+Mg(OH)₂↓（2分）
（3）H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O（2分）    0.045 mol·L^-1（2分） 沒有（2分）
（4）堿式（2分）  99%（2分）

試題分析：（1）根據硼砂的化學式Na₂B₄O₇?10H₂O和化合價的代數和為0，可得B的化合價為+3；B₄O₇^2-與2H⁺反應可得H₃BO₃，離子方程式為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O= 4H₃BO₃；X為H₃BO₃晶體加熱脫水的產物，為B₂O₃，與Mg發生氧化還原反應，化學方程式為：Mg+B₂O₃===2B+3MgO。
（2）MgCl₂為強酸弱堿鹽，能發生水解反應，所以MgCl₂·7H₂O在HCl氛圍中加熱的目的是：防止MgCl₂水解生成Mg(OH)₂；用惰性電極電解MgCl₂溶液，陰極反應為H₂O電離出的H⁺放電，電解方程式為：2H₂O+Mg²⁺+2e^-= H₂↑+Mg(OH)₂↓
（3）鎂-H₂O₂酸性燃料電池的正極為H₂O₂放電，電極方程式為：H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O；起始電解質溶液pH=1，pH=2時反應的H⁺為：0.1mol?L?¹—0.01mol?L?¹=0.09mol?L?¹，根據Mg+H₂O₂+2H⁺==Mg²⁺+2H₂O，可得Mg²⁺離子濃度為0.045 mol·L^-1；溶液pH=6時，c(OH?)=10^-8mol?L?¹，Q [Mg(OH)₂]=" 0.045" mol·L^-1×[10^-8mol?L?¹]²=4.5×10^-18 < Ksp[Mg(OH)₂]，所以沒有Mg(OH)₂沉淀析出。
（4）Na₂S₂O₃為強堿弱酸鹽，水解顯堿性，所以Na₂S₂O₃溶液應盛放在堿式滴定管內；根據元素守恒和離子方程式可得：2B ~ 2BI3 ~ 3I₂ ~ 6 S₂O₃^2-，所以粗硼樣品的純度為：0.018L×0.30mol?L?¹×1/3×11g/mol÷×100% = 99%