Question

5．硼和鋁位于同一主族，它們可以形成許多組成和性質類似的化合物．一種用硼鎂礦（Mg₂B₂O₅•H₂O）制取單質硼的工藝流程圖如圖1：

結合流程圖回答下列問題：
（1）溶液a、溶液b中溶質的化學式分別為NaHCO₃、Na₂SO₄．
（2）寫出步驟①的化學方程式Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂↓．
（3）寫出步驟②的離子方程式2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-．
（4）步驟③中化學反應可以發生的原因是硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應的進行．
（5）過硼酸鈉晶體（NaBO₃•4H₂O）是一種優良的漂白劑，在70℃以上加熱會逐步失去結
晶水． 實驗測得過硼酸鈉晶體的質量隨溫度變化的情況如圖2所示，則T₂℃時所得晶體的化學式為NaBO₃•3H₂O．

Answer 1

分析 硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應，過濾除去雜質，NaBO₂溶液中，通入過量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O與為NaHCO₃，過濾分離，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶體與硫酸反應得到硼酸，溶液b中含有硫酸鈉，硼酸晶體加熱分解得到B₂O₃，最后用Mg還原得到粗硼．
（1）由上述分析可知，第①步通入過量二氧化碳，則a為NaHCO₃，第③步加入硫酸，b為Na₂SO₄；
（2）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應生成NaBO₂與Mg（OH）₂；
（3）NaBO₂和二氧化碳反應生成Na₂B₄O₇•10H₂O和碳酸氫鈉；
（4）符合復分解反應由強酸制弱酸的原理；
（5）過硼酸鈉晶體（NaBO₃•4H₂O）的物質的量=$\frac{30.8g}{154g/mol}$=0.2mol，T₂℃質量變化為27.20g，質量變化30.8g-27.20g=3.6g，減少水的質量=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，據此分析判斷得到化學式；

解答 解：硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應，過濾除去雜質，NaBO₂溶液中，通入過量的二氧化碳，得到Na₂B₄O₇•10H₂O與為NaHCO₃，過濾分離，由于硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，故Na₂B₄O₇•10H₂O晶體與硫酸反應得到硼酸，溶液b中含有硫酸鈉，硼酸晶體加熱分解得到B₂O₃，最后用Mg還原得到粗硼．
（1）由上述分析可知，第①步通入過量二氧化碳，則a為NaHCO₃，第③步加入硫酸，b為Na₂SO₄，
故答案為：NaHCO₃；Na₂SO₄；
（2）第①步為Mg₂B₂O₅．H₂O與氫氧化鈉溶液反應生成NaBO₂與Mg（OH）₂，反應方程式為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂，
故答案為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2NaOH=2NaBO₂+2Mg（OH）₂；
（3）NaBO₂和二氧化碳反應生成Na₂B₄O₇•10H₂O和碳酸氫鈉，離子方程式為2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-，故答案為：2Na⁺+4BO₂^-+2CO₂+11H₂O=Na₂B₄O₇•10H₂O↓+2HCO₃^-；
（4）步驟③中化學反應可以發生的原因是：硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應的進行，
故答案為：硼酸的酸性小于硫酸，符合復分解反應由強酸制弱酸的原理，且硼酸的溶解度較小，從溶液中析出有利于該反應的進行；
（5）過硼酸鈉晶體（NaBO₃•4H₂O）的物質的量=$\frac{30.8g}{154g/mol}$=0.2mol，T₂°C質量變化為27.20g，質量變化30.8g-27.20g=3.6g，減少水的質量=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，則1molNaBO₃•4H₂O失去水1mol，則T₂℃時所得晶體的化學式為NaBO₃•3H₂O，
故答案為：NaBO₃•3H₂O；

點評 本題考查化學制備方案，圖象分析判斷和計算應用，理解工藝流程原理是解題關鍵，側重對化學用語的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用的能力，難度中等．