Question

【题目】硼(B)可形成H3BO3、NaBH4、NaBO2等化合物，用途广泛。

(1)H3BO3为一元弱酸，常温下，在水中存在如下电离平衡：H3BO3 + H2O[B(OH)4]-+H+，Ka=5.72×10-10。

①25℃时，0.175 mol/L的H3BO3溶液pH约为_________。

②已知碳酸H2CO3的电离平衡常数为Ka1 = 4.4×10-7，Ka2 = 4.7×10-11。将少量碳酸钠溶液滴加到饱和硼酸溶液中，反应的离子方程式为_________。

(2)在容积恒定为2 L的密闭容器中加入足量BPO4和Na固体并充入一定量的H2(g)发生储氢反应：BPO4(s)+4Na(s)+2H2(g)Na3PO4(s)+NaBH4(s) △H＜0

①体系中H2的物质的量与反应时间的关系如表所示：

t/min	0	2	4	6	8	10
n(H2)/mol	2.0	1.5	1.2	0.9	0.8	0.8

下列有关叙述正确的是(填标号)_________。

a. 当容器内气体的摩尔质量不再变化时，反应达到平衡状态

b. 10 min时向容器内通入少量H2，则重新达平衡前ν(放氢)> ν(吸氢)

c. 保持温度不变，平衡后再充入1 mol H2，达新平衡时H2的浓度为0.4 mol/L

d. 升高温度，放氢速率加快，重新达到平衡时容器压强增大

②图为产率与反应温度的关系曲线，NaBH4的产率在603K之前随温度升高而增大，在603K之后随温度升高而减小的原因是_________。

(3)NaBH4(s)遇H2O(l)剧烈水解，生成氢气和NaBO2(s)。

①通常状况下，实验测得3.8 g NaBH4(s)发生水解反应放出21.6 kJ热量，写出该反应的热化学方程式_________。

②为NaBH4水解的半衰期(水解一半所需要的时间，单位为min)。lg随pH和温度的变化如图所示。溶液pH=4时，NaBH4_________(填“能”或“不能”)稳定存在，原因是_________(用离子方程式表示)；T1_________T2。(填 “>”或“<”)

③硼氢化钠具有极强还原性，碱性条件可用于处理电镀废液中的CuSO4制得纳米铜，从而变废为宝。写出电镀阳极反应方程式_______________。

Answer 1

【答案】5 CO32-+H2O+H3BO3=HCO3-+[B(OH)4]- cd 603K之前，反应未达到平衡状态，温度升高，反应速率加快；603K之后达到平衡，随温度升高，平衡逆向移动 NaBH4(s)+2H2O(l)=NaBO2(s)+4H2(g) △H= -216kJ/mol 不能 BH4-+H++3H2O=H3BO3+4H2↑ < BH4- -8e-+8OH-=BO2-+6H2O

【解析】

(1)①利用电离常数表达式先计算出c(H+)，再根据pH=-lgc(H+)；

②根据电离平衡常数越大，溶液的酸性越强。强酸与弱酸的盐反应制取弱酸书写；

(2)①a.体系中只有H2一种气体，摩尔质量固定不变；

b.根据物质浓度对化学平衡移动移动分析；

c.根据化学平衡常数只与温度有关判断；

d.根据温度对化学反应速率和压强的影响分析；

②根据温度对化学反应速率和化学平衡移动的影响分析原因；

(3)①先书写反应方程式，然后根据物质变化与能量变化成正比，得到其相应的热化学方程式；

②NaBH4和酸反应生成硼酸和氢气；水解反应为吸热反应，升温促进水解正向进行；

③硼氢化钠具有极强还原性，电镀时BH4-在阳极失去电子，发生氧化反应。

(1)①根据电离平衡H3BO3 + H2O[B(OH)4]-+H+可知Ka==5.72×10-10，由于c(H3BO3)=0.175mol/L，所以c2(H+)=1×10-10，所以c(H+)=1×10-5mol/L，溶液的pH=5；

②由于H3BO3的电离平衡常数是5.72×10-10，二元弱酸H2CO3的电离平衡常数Ka1 = 4.4×10-7，Ka2 = 4.7×10-11，所以酸性：H2CO3> H3BO3>HCO3-。将少量碳酸钠溶液滴加到饱和硼酸溶液中，反应的离子方程式为CO32-+H2O+H3BO3=HCO3-+[B(OH)4]-；

(2)①a.根据反应方程式可知：体系中只有H2一种气体，所以无论是否达到平衡状态，体系的摩尔质量都不变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，a错误；

b.由表中数据可知，该反应在10 min时已达平衡，在其它条件不变时，通入氢气，使反应物浓度增大，化学平衡正向移动，重新达平衡前ν(吸氢) >ν(放氢)，b错误；

c.该反应的化学平衡常数K=，温度不变，化学平衡常数不变，所以保持温度不变，平衡后再充入1 mol H2，达新平衡时H2的浓度仍为0.4 mol/L，c正确；

d.由于该反应为放热反应，在其它条件不变时，升高温度，化学反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，氢气的物质的量增大，体系的压强增大，d正确；

故合理选项是cd；

②在603K之前，反应正向进行，反应未达到平衡状态，温度升高，反应速率加快，更多的反应物转化为生成物，反应物的转化率增大；603K之后达到平衡，由于该反应的正反应是放热反应，随着温度的升高，化学平衡向吸热的逆反应移动，导致反应物的转化率降低；

(3)①n(NaBH4)=3.8g÷38g/mol=0.1mol,反应放出热量是21.6 kJ，则1mol固态NaBH4与水反应产生固态NaBO2和氢气，放出热量是216kJ，故其热化学方程式为：NaBH4(s)+2H2O(l)=NaBO2(s)+4H2(g) △H= -216kJ/mol；

②NaBH4可水解放出氢气，反应方程式为：NaBH4+2H2O═NaBO2+4H2↑，在酸性条件下，NaBH4不能稳定性存在，NaBH4和酸反应生成硼酸和氢气，反应的离子方程式为：BH4-+H++3H2O=H3BO3+4H2↑，温度越高化学反应速率越大，半衰期越短，所以T1＜T2；

③硼氢化钠具有极强还原性，碱性条件可用于处理电镀废液中的CuSO4制得纳米铜，从而变废为宝。电镀时BH4-在阳极失去电子，发生氧化反应，阳极反应式为：BH4- -8e-+8OH-=BO2-+6H2O。