Question

5．硼和鋁位于同一主族，它們可以形成許多組成和性質類似的化合物，一種用硼鎂礦（Mg₂B₂O₅•H₂O）制取單質硼的工藝流程圖如下：

回答下列問題：
（1）Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合價為+3．
（2）溶液a、溶液b中溶質的化學式分別為NaHCO₃、Na₂SO₄．
（3）寫出步驟①的化學方程式Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂．
（4）寫出步驟⑤的化學方程式B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．
（5）步驟③中化學反應可以發(fā)生的原因是硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應的進行．
（6）BF₃是有機化學中常用的酸性催化劑，BF₃分子中B和F最外層的電子數(shù)分別為6、8個．
（7）乙硼烷（B₂H₆）是一種氣態(tài)高能燃料，寫出乙硼烷在空氣中燃燒的化學方程式B₂H₆+3O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O．

Answer 1

分析 硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應，過濾除去雜質，NaBO₂溶液中，通入過量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O與為NaHCO₃，過濾分離，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶體與硫酸反應得到硼酸，溶液b中含有硫酸鈉，硼酸晶體加熱分解得到B₂O₃，最后用Mg還原得到粗硼．
（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算B元素化合價；
（2）由上述分析可知，第①步通入過量二氧化碳，則a為NaHCO₃，第③步加入硫酸，b為Na₂SO₄；
（3）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應生成NaBO₂與Mg（OH）₂；
（4）步驟⑤是Mg與B₂O₃發(fā)生置換反應生成B與MgO；
（5）符合復分解反應由強酸制弱酸的原理；
（6）BF₃分子中B原子與F原子之間形成1對共用電子對；
（7）乙硼烷在空氣中燃燒生成B₂O₃與水．

解答 解：硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應，過濾除去雜質，NaBO₂溶液中，通入過量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O與為NaHCO₃，過濾分離，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶體與硫酸反應得到硼酸，溶液b中含有硫酸鈉，硼酸晶體加熱分解得到B₂O₃，最后用Mg還原得到粗硼．
（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0，可知Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合價為+3，故答案為：+3；
（2）由上述分析可知，第①步通入過量二氧化碳，則a為NaHCO₃，第③步加入硫酸，b為Na₂SO₄，
故答案為：NaHCO₃；Na₂SO₄；
（3）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應生成NaBO₂與Mg（OH）₂，反應方程式為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂，
故答案為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
（4）步驟⑤是Mg與B₂O₃發(fā)生置換反應生成B與MgO，反應方程式為：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案為：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO；
（5）步驟③中化學反應可以發(fā)生的原因是：硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應的進行，
故答案為：硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應的進行；
（6）BF₃分子中B原子與F原子之間形成1對共用電子對，B原子形成3故B-F鍵，故分子中B原子最外層電子數(shù)為3+3=6，F(xiàn)原子最外層電子數(shù)為7+1=8，
故答案為：6；8；
（7）乙硼烷在空氣中燃燒生成B₂O₃與水，反應方程式為：B₂H₆+3O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O，
故答案為：B₂H₆+3O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O．

點評 本題考查化學制備方案，理解工藝流程原理是解題關鍵，側重對化學用語的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用的能力，難度中等．