Question

【題目】用硼鎂礦(Mg2B2O5·H2O，含Fe2O3雜質)制取硼酸(H3BO3)晶體的流程如下。

同答下列問題：

(1)沉淀的主要成分為____________________(填化學式)。

(2)寫出生成Na2B4O5(OH)4·8H2O的化學方程式_________________________________。

(3)檢驗H3BO3晶體洗滌干凈的操作是______________________________。

(4)已知：

實驗室利用此原理測定硼酸樣品中硼酸的質量分數。準確稱取0.3000g樣品于錐形瓶中，加入過量甘油加熱使其充分溶解并冷卻，滴入1～2滴酚酞試液，然后用0.2000mol·L-1NaOH標準溶液滴定至終點，消耗NaOH溶液22.00mL。

①滴定終點的現象為________________________。

②該硼酸樣品的純度為_________________％(保留1位小數)。

(5)電解NaB(OH)4溶液制備H3BO3的工作原理如下圖。

①b膜為________交換膜(填“陰離子”或“陽離子”)。理論上每生成1molH3BO3，兩極室共生成__________L氣體(標準狀況)。

②N室中，進口和出口NaOH溶液的濃度：a％_________b％(填“>”或“<”)。

Answer 1

【答案】Mg(OH)2、Fe2O3 4NaB（OH）4+2CO2+3H2O=Na2B4O5（OH）48H2O↓+2NaHCO3 取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無明顯現象，說明洗滌干凈 溶液由無色變為淺紅色，且半分鐘內不褪色 90.9 陰離子 16.8 <

【解析】

硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應，過濾除去沉淀Mg（OH）2和Fe2O3，NaB（OH）4溶液中通入過量的二氧化碳，得到Na2B4O5（OH）48H2O與為NaHCO3，過濾分離，由于硼酸的酸性小于鹽酸，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Na2B4O5（OH）48H2O晶體與鹽酸反應得到硼酸，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硼酸(H3BO3)晶體。

(1)鎂離子可以生成氫氧化鎂沉淀，三氧化二鐵不與氫氧化鈉反應；

(2)反應物NaB（OH）4和過量CO2，生成物Na2B4O5(OH)4·8H2O和碳酸氫鈉，寫出化學方程式；

(3)取最后一次洗滌液，利用硝酸銀檢驗；

(4) ①根據酚酞遇酸不變色，遇堿變紅來判斷；

②利用關系式法進行計算；

(5)M室氫氧根離子失電子，氫離子經過a膜進入產品室，a膜為陽離子交換膜；原料室中B（OH）4-通過b膜進入產品室遇M室進入的H+反應生成H3BO3，b膜為陰離子交換膜；原料室Na+經過c膜進入N室，c膜為陽離子交換膜，N室氫離子得電子生成氫氣，氫氧根離子濃度增大。即M室生成氧氣，消耗水，N室生成氫氧化鈉和氫氣，據此分析。

(1) 硼鎂礦與氫氧化鈉反應，鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，Fe2O3不與氫氧化鈉反應，因此沉淀的主要成分為Mg(OH)2、Fe2O3；

答案：Mg(OH)2、Fe2O3

(2) 反應物NaB（OH）4和過量CO2，生成物Na2B4O5(OH)4·8H2O和碳酸氫鈉，化學方程式為4NaB（OH）4+2CO2+3H2O=Na2B4O5（OH）48H2O↓+2NaHCO3；

答案：4NaB（OH）4+2CO2+3H2O=Na2B4O5（OH）48H2O↓+2NaHCO3

(3)檢驗H3BO3晶體洗滌干凈的操作是取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無明顯現象，說明洗滌干凈；

答案：取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無明顯現象，說明洗滌干凈

(4)①滴定終點的現象為溶液由無色變為淺紅色，且半分鐘內不褪色；

答案：溶液由無色變為淺紅色，且半分鐘內不褪色

②H3BO3～NaOH

1mol 1mol

n（H3BO3）0.2000mol/L×22.00×10-3L

得n（H3BO3）=0.0044mol

m（H3BO3）= n（H3BO3）×M（H3BO3）=0.0044mol×62g/mol=0.2728g

純度為×100%=90.9%

(5)M室氫氧根離子失電子生成氧氣，氫離子經過a膜進入產品室，a膜為陽離子交換膜；原料室中B（OH）4－通過b膜進入產品室遇M室進入的H+反應生成H3BO3，b膜為陰離子交換膜；原料室Na+經過c膜進入N室，c膜為陽離子交換膜，N室氫離子得電子生成氫氣，氫氧根離子濃度逐漸增大。

①由上面分析可知b膜為陰離子交換膜，因為H++ B（OH）4－=H3BO3+H2O，因此轉移1mol電子生成1mol H3BO3；列關系式

1mole-～1/4O2（M室）～1mol H3BO3～1/2H2（N室）

理論上每生成1molH3BO3，兩極室共生成（1/2+1/4）mol×22.4L/mol=16.8L氣體(標準狀況)；

②由上面分析可知N室中，進口和出口NaOH溶液的濃度：a％<b％；

答案：陰離子 16.8 <