Question

19．硼和铝位于同一主族，它们可以形成许多组成和性质类似的化合物，一种用硼镁矿（Mg₂B₂O₅•H₂O）制取单质硼的工艺流程图如图：

回答下列问题：
（1）Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合价为+3．
（2）溶液a、溶液b中溶质的化学式分别为NaHCO₃、Na₂SO₄．
（3）写出步骤①的化学方程式Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂．
（4）写出步骤⑤的化学方程式B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．
（5）步骤③中化学反应可以发生的原因是强酸制弱酸原理．
（6）BF₃是有机化学中常用的酸性催化剂，BF₃分子中B和F最外层的电子数分别为6、8个．

Answer 1

分析 硼镁矿与氢氧化钠溶液反应，过滤除去杂质，NaBO₂溶液中，通入过量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O与为NaHCO₃，过滤分离，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合复分解反应由强酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度较小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶体与硫酸反应得到硼酸，溶液b中含有硫酸钠，硼酸晶体加热分解得到B₂O₃，最后用Mg还原得到粗硼．
（1）根据化合价代数和为0计算B元素化合价；
（2）由上述分析可知，第①步通入过量二氧化碳，则a为NaHCO₃，第③步加入硫酸，b为Na₂SO₄；
（3）第①步为Mg₂B₂O₅．H₂O与氢氧化钠溶液反应生成NaBO₂与Mg（OH）₂；
（4）步骤⑤是Mg与B₂O₃发生置换反应生成B与MgO；
（5）符合复分解反应由强酸制弱酸的原理；
（6）BF₃分子中B原子与F原子之间形成1对共用电子对．

解答 解：硼镁矿与氢氧化钠溶液反应，过滤除去杂质，NaBO₂溶液中，通入过量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O与为NaHCO₃，过滤分离，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合复分解反应由强酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度较小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶体与硫酸反应得到硼酸，溶液b中含有硫酸钠，硼酸晶体加热分解得到B₂O₃，最后用Mg还原得到粗硼．
（1）根据化合价代数和为0，可知Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合价为+3，
故答案为：+3；
（2）由上述分析可知，第①步通入过量二氧化碳，则a为NaHCO₃，第③步加入硫酸，b为Na₂SO₄，
故答案为：NaHCO₃；Na₂SO₄；
（3）第①步为Mg₂B₂O₅．H₂O与氢氧化钠溶液反应生成NaBO₂与Mg（OH）₂，反应方程式为：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂，
故答案为：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
（4）步骤⑤是Mg与B₂O₃发生置换反应生成B与MgO，反应方程式为：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案为：B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO；
（5）步骤③中化学反应可以发生的原因是：硼酸的酸性小于硫酸，符合复分解反应由强酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度较小，从溶液中析出有利于该反应的进行，
故答案为：强酸制弱酸原理；
（6）BF₃分子中B原子与F原子之间形成1对共用电子对，B原子形成3故B-F键，故分子中B原子最外层电子数为3+3=6，F原子最外层电子数为7+1=8，
故答案为：6；8．

点评 本题考查化学制备方案，理解工艺流程原理是解题关键，侧重对化学用语的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用的能力，题目难度中等．