【題目】硼鎂泥是硼鎂礦生產(chǎn)硼砂晶體(Na2B4O7·10H2O)時的廢渣,其主要成分是MgO,還含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3 、FeO、MnO、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)上都有廣泛的應用。硼鎂泥制取七水硫酸鎂的工藝流程如下:

回答下列問題:

(1)Na2B4O7·10H2O中B的化合價為________________

(2)Na2B4O7易溶于水,也較易發(fā)生水解:B4O72-+7H2O4H3BO3(硼酸)+2OH-,(硼酸在常溫下溶解度較小)。寫出加入硫酸時Na2B4O7發(fā)生反應的化學方程式:_________________________________

(3)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_________________。

(4)加入MgO的目的是_____________________

(5)己知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:

溫度(℃)

溶解度(g)

40

50

60

70

MgSO4

30.9

33.4

35.6

36.9

CaSO4

0.210

0.207

0.201

0.193

操作“A”是將MgSO4:和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根據(jù)上表數(shù)據(jù),簡要說明“操作A”步驟為____________________。

(6)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可制備有機化學中的“萬能還原劑——NaBH4”(該過程B的化合價不變)。

①寫出NaBH4的電子式_____________

②“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于多少克H2的還原能力。NaBH4的有效氫含量為_____(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))。

③在堿性條件下,在陰極上電解NaBO2也可制得硼氫化鈉,寫出陰極室的電極反應式_______________。

【答案】 +3 Na2B4O7+H2SO4+5H2O= Na2SO4+H3BO3 ClO- +Mn2++H2O=MnO2+Cl-+2H+ 調(diào)節(jié)溶液的pH值,使Fe3+轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去 蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾 0.21 BO2-+6H2O+8e-= BH4-+8OH-

【解析】硼鎂泥主要成份是MgO,還有CaO、Al2O3Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等雜質(zhì),加入硫酸,MgO、CaO、Al2O3Fe2O3、FeOMnO、B2O3都和硫酸反應,SiO2不與硫酸反應,次氯酸鈉具有強氧化性,加入的NaClO可與Mn2+反應生成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)Na2B4O710H2O中,鈉的化合價+1價,氧元素化合價-2價,元素化合價代數(shù)和為0計算得到B的化合價為:2×(+1)+4x+(-2)×7=0,x=+3,故答案為:+3;

(2)Na2B4O7易溶于水,也較易發(fā)生水解:B4O72-+7H2O4H3BO3(硼酸)+2OH-,(硼酸在常溫下溶解度較小)Na2B4O7溶液中加入硫酸,會促進水解,反應生成硼酸,反應的化學方程式為Na2B4O7+H2SO4+5H2O= Na2SO4+H3BO3,故答案為:Na2B4O7+H2SO4+5H2O= Na2SO4+H3BO3

(3)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+,故答案為:ClO-+Mn2++H2O=MnO2+Cl-+2H+

(4)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,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;

(5)有溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響,溫度越高,硫酸鈣溶解度越小,可以采用蒸發(fā)濃縮,趁熱過濾方法除去硫酸鈣;操作I”是將濾液繼續(xù)蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,再經(jīng)過過濾,便得到了MgSO47H2O,故答案為:蒸發(fā)濃縮(結(jié)晶);趁熱過濾;

(6) NaBH4屬于離子化合物,電子式為,故答案為:;

②每克含氫還原劑的還原能力相當于多少克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)NaBH4的質(zhì)量為1g,相當于氫氣質(zhì)量為x,計算為: ×8=×2,解得:x=0.21g,故答案為:0.21;

③在陰極上電解NaBO2也可制得硼氫化鈉,則陰極室BO2-得電子發(fā)生還原反應生成BH4-,則電極反應式為:BO2-+6H2O+8e-=BH4-+8OH-,故答案為:BO2-+6H2O+8e-=BH4-+8OH-;

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②2H2(g)+ SO2(g)S(l)+2H2O(g) △H2=+45.4 kJ·mol-1

③CO的燃燒熱△H3=-283 kJ·mol-1

(3)1molS(l)在O2(g)中完全燃燒生成SO2(g)的熱化學方程式為____________。

(4)反應②的正反應的活化能為E1 kJ·mol-1,其逆反應的活化能E2=_____ kJ·mol-1。

(5)在一定壓強下,發(fā)生反應②。平衡時,α(SO2)與原枓氣投料比[]和溫度(T) 的關(guān)系如圖所示。

①α(H2):N_____M (填“>”、“<”或 “ = ”)。

②逆反應速率:M_____Q(填“>”、“<”或 “ = ”)。

(6)t℃時,向10L恒容密閉容器中充入2 molCO(g)、2 mol SO2(g)和2 mol H2(g)。發(fā)生反應①和反應②。5mim達到平衡時,SO2(g)和CO2(g) 的物質(zhì)的量分別為0.4mol、1.6mol。該溫度下,反應②的平衡常數(shù)K=__________。

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_______________________;② ________________________;

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