Question

19．硼鎂泥是硼鎂礦生產(chǎn)硼砂晶體（Na₂B₄O₇•10H₂O）時(shí)的廢渣，其主要成分是MgO，還含有CaO、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)．以硼鎂泥為原料制取的七水硫酸鎂在印染、造紙和醫(yī)藥等工業(yè)上都有廣泛的應(yīng)用．硼鎂泥制取七水硫酸鎂的工藝流程如圖：

回答下列問題：
（1）Na₂B₄O₇•10H₂O中B的化合價(jià)為+3．
（2）濾渣B中含有不溶于稀鹽酸但能溶于濃鹽酸的黑色固體，寫出生成黑色固體的離子方程式ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺，該反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，還原產(chǎn)物是Cl^-．
（3）加入MgO的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去該過程除了加入MgO外，還能選擇加入下列物質(zhì)中的①③（填編號(hào)）
①碳酸鎂     ②氨水     ③氫氧化鎂    ④氫氧化鈉
（4）因B₂O₃溶于硫酸，所以此法制備的七水硫酸鎂含有少量硼酸（H₃BO₃），硼酸與NaOH溶液反應(yīng)可制得硼砂晶體，寫出生成硼砂晶體的化學(xué)方程式4H₃BO₃+2NaOH+3H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O ．
（5）Na₂B₄O₇•10H₂O失去全部結(jié)晶水后的硼砂與金屬鈉、氫氣及石英砂一起反應(yīng)可制備有機(jī)化學(xué)中的“萬能還原劑--NaBH₄”（該過程B的化合價(jià)不變）．“有效氫含量”可用來衡量含氫還原劑的還原能力，其定義是：每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)于多少克H₂的還原能力．NaBH₄的有效氫含量為0.21 （計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 硼鎂泥主要成份是MgO，還有CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，MgO、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃都和硫酸反應(yīng)，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，把亞鐵離子氧化成鐵離子，加MgO調(diào)節(jié)pH，溶液pH升高，鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，鋁離子形成氫氧化鋁沉淀，過濾，濾渣B含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂，蒸發(fā)濃縮濾液，趁熱過濾，濾渣C為硫酸鈣晶體，濾液中含鎂離子，除鈣后，只剩鎂離子，蒸發(fā)冷卻結(jié)晶得到硫酸鎂晶體，
（1）化學(xué)式中元素化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算；
（2）渣B中含有不溶于稀鹽酸但能溶于濃鹽酸的黑色固體為MnO₂，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，結(jié)合電子守恒和原子守恒配平書寫離子方程式，元素化合價(jià)升高的做還原劑，元素化合價(jià)降低的做氧化劑，氧化劑被還原得到還原產(chǎn)物；
（3）加入MgO的目的是調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子，加入的試劑和酸反應(yīng)但不能引入新的雜質(zhì)；
（4）H₃BO₃與NaOH溶液反應(yīng)生成Na₂B₄O₇•lOH₂O；
（5）每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)于多少克H₂的還原能力，則NaBH₄變化為H⁺，電子轉(zhuǎn)移和氫氣變化為氫離子電子轉(zhuǎn)移相同，據(jù)此計(jì)算；

解答 解：硼鎂泥主要成份是MgO，還有CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，MgO、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、B₂O₃都和硫酸反應(yīng)，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，把亞鐵離子氧化成鐵離子，加MgO調(diào)節(jié)pH，溶液pH升高，鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，鋁離子形成氫氧化鋁沉淀，過濾，濾渣B含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂，蒸發(fā)濃縮濾液，趁熱過濾，濾渣C為硫酸鈣晶體，濾液中含鎂離子，除鈣后，只剩鎂離子，蒸發(fā)冷卻結(jié)晶得到硫酸鎂晶體，
（1）Na₂B₄O₇•10H₂O中，鈉的化合價(jià)+1價(jià)，氧元素化合價(jià)-2價(jià)，元素化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算得到B的化合價(jià)為：2×（+1）+4x+（-2）×7=0，x=+3，
故答案為：+3；
（2）濾渣B中含有不溶于稀鹽酸但能溶于濃鹽酸的黑色固體，NaClO溶液在加熱條件下將溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，生成黑色固體的離子方程式為：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺，該反應(yīng)中氯元素化合價(jià)+1價(jià)變化為-1價(jià)，次氯酸鈉做氧化劑，錳離子做還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，還原產(chǎn)物為Cl^-，
故答案為：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺；1：1；Cl^-；
（3）加入MgO的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去，該過程除了加入MgO外，還能選擇加入物質(zhì)能和酸反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液PH，且不能引入新的雜質(zhì)，選擇①碳酸鎂，③氫氧化鎂，②氨水會(huì)引入銨根離子，④氫氧化鈉加入會(huì)引入鈉離子，故選①③，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去；①③；
（4）H₃BO₃與NaOH溶液反應(yīng)生成Na₂B₄O₇•lOH₂O，其反應(yīng)方程式為：4H₃BO₃+2NaOH+3H₂O=Na₂B₄O₇•lOH₂O，
故答案為：4H₃BO₃+2NaOH+3H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O；
（5）每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)于多少克H₂的還原能力，則NaBH₄變化為H⁺，電子轉(zhuǎn)移8e^-，電子轉(zhuǎn)移和氫氣變化為氫離子電子轉(zhuǎn)移相同，設(shè)相當(dāng)于氫氣質(zhì)量為x，計(jì)算為：
$\frac{1\\;g}{37.8g/mol}$×8=$\frac{\\;x}{2}$×2
x=0.21g
故答案為：0.21；

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及物質(zhì)的分離與提純、對(duì)原理與條件控制分析、鹽類水解等，關(guān)鍵是對(duì)工藝流程理解，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．，題目難度中等．