Question

【题目】硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。

I.已知硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为Na2B4O710H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如下所示：

（1）硼砂中B元素的化合价为_______，将硼砂溶于热水后，用硫酸调节溶液的pH为2～3以制取H3BO3，该反应的离子方程式为____________________。X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为_____________。

（2）由MgCl2·7H2O制备MgCl2时，需要在HC1氛围中加热，其目的是________。

（3）镁-H2O2酸性燃料电池的反应原理为Mg+H2O2+2H+==Mg2++2H2O，常温下，若起始电解质溶液pH=1，则pH=2时，电解质溶液中所含Mg2+的物质的量浓度为_____________mol·L-1。已知该温度下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，当电解质溶液的pH=6时，_______(填“有”或“无”)Mg(OH)2沉淀析出。（忽略反应过程中溶液的体积变化）

II.工业上可用纳米MgH2和LiBH4组成的体系储放氢，如图所示。

（4）写出放氢过程中发生反应的化学方程式：____________。

III. MgO浆液是一种高活性的脱硫剂，常用于脱除烟气中的SO2，发生的主要反应如下：

①Mg(OH)2＋SO2===MgSO3＋H2O

②MgSO3+SO2＋H2O===Mg(HSO3)2

③Mg(HSO3)2+Mg（OH）2===2MgSO3＋2H2O

④2MgSO3＋O2===2MgSO4

已知25℃时，Kap（MgSO3）=3.86×10-3，Kap（CaSO3）=3.1×10-7。

（5）其他条件相同时，镁基和钙基的脱硫效率与液、气摩尔流量比的变化情况如图所示。镁基的脱硫效率总比钙基的大，除生成的MgSO4具有良好的水溶性外，还因为_____________。

Answer 1

【答案】+3价 3Mg+B2O32B+3MgO 防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 0.045 mol·L-1 无 MgH2＋2LiBH4=2LiH＋MgB2＋4H2↑ MgSO3的溶解度比CaSO3的大，MgSO3比CaSO3更易氧化

【解析】

I.硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为Na2B4O710H2O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液过滤得到氢氧化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，经过电解得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，加热得到B2O3；
（1）硼砂的化学式为Na2B4O710H2O，依据化合物中元素正负化合价代数和为0计算硼元素化合价；用H2SO4调pH2～3，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3 ，X为H3BO3晶体加热脱水的产物判断为B2O3，高温下与Mg反应生成粗硼和氧化镁；
（2）氯化镁在水溶液中水解生成氢氧化镁；

（3）依据电解质溶液pH变化结合电池反应计算镁离子浓度；pH=6计算氢氧根离子浓度，结合生成镁离子浓度计算离子积Qc和溶度积常数比较分析是否生成氢氧化镁沉淀；

II.（4）由图分析可知，放氢过程的反应物是MgH2和LiBH4，生成物为LiH、H2和MgB2，根据氧化还原配平方法配平；

III.（5）根据Ksp（MgSO3）与Ksp（CaSO3）比较和MgSO3的性质分析解答。

I （1）根据硼砂的化学式Na2B4O710H2O和元素正负化合价的代数和为0，可得B的化合价为+3；B4O72-与H+反应可得H3BO3，离子方程式为：B4O72-+2H++5H2O 4H3BO3；X为H3BO3晶体加热脱水的产物，为B2O3，高温下与Mg发生氧化还原反应，化学方程式为：3Mg+B2O32B+3MgO；
（2）MgCl2为强酸弱碱盐，能发生水解反应，所以MgCl2·7H2O在HCl氛围中加热的目的是：防止MgCl2水解生成Mg(OH)2；
（3）起始电解质溶液pH=1，pH=2时反应的H+为：0.1molL1-0.01molL1=0.09molL1，根据Mg+H2O2+2H+=Mg2++2H2O，可得Mg2+离子浓度为0.045 mol·L-1；溶液pH=6时，c(OH)=10-8molL1，Qc [Mg(OH)2]=0.045 mol·L-1×[10-8molL1]2=4.5×10-18 < Ksp[Mg(OH)2]，所以没有Mg(OH)2沉淀析出；

II.（4）由图分析可知，放氢过程的反应物是MgH2和LiBH4，生成物为LiH、H2和MgB2，故放氢过程中发生反应的化学方程式为MgH2＋2LiBH4=2LiH＋MgB2＋4H2↑；

III.（5）由题干信息可知，MgSO3溶解度比CaSO3大；MgSO3比CaSO3更易被氧化。