第三章金属及其化合物 (2)

知识拓展专题 硼及其化合物的性质
1．硼
硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发生如下反应：
(1)高温下，与N 2、S 、X 2等单质反应，如2B ＋N 2=====高温2BN 。

(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。

(3)赤热下，与水蒸气反应，2B ＋6H 2O(g)=====△2B(OH)3＋3H 2。

(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应，2B ＋3H 2SO 4(浓)=====△2H 3BO 3＋3SO 2↑，B ＋3HNO 3(浓)=====△
H 3BO 3＋3NO 2↑。

2．硼酸(H 3BO 3)
(1)一元弱酸，H 3BO 3＋H 2O H ＋＋[B(OH)4]－。

(2)H 3BO 3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO 2)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H 2B 4O 7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B 2O 3)。

3．硼氢化钠(NaBH 4)
硼氢化钠中的氢元素为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂：。

4．硼砂(Na 2B 4O 7·10H 2O)
(1)制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO 2调节pH ，浓缩结晶分离出硼砂：4NaBO 2＋CO 2＋10H 2O===Na 2B 4O 7·10H 2O ＋Na 2CO 3。

(2)将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH ，可析出溶解度小的硼酸晶体：Na 2B 4O 7＋H 2SO 4＋5H 2O===4H 3BO 3↓＋Na 2SO 4。

1．NaBH4与FeCl3反应可制取纳米铁：2FeCl3＋6NaBH4＋18H2O===2Fe＋6NaCl＋6H3BO3＋21H2↑，下列说法正确的是()
A．该反应中氧化剂只有FeCl3
B．NaBH4的电子式为
C．NaBH4不能与水发生反应
D．该反应中每生成1 mol Fe转移电子3 mol
答案 B
解析反应2FeCl3＋6NaBH4＋18H2O===2Fe＋6NaCl＋6H3BO3＋21H2↑中，FeCl3中的Fe 由＋3价降低到0价，水中部分H由＋1价降低到0价，所以该反应中氧化剂为FeCl3和H2O，
A项错误；NaBH4由钠离子与BH－4构成，为离子化合物，则其电子式为，B项正确；NaBH4中H为－1价，水中H为＋1价，两者发生归中反应可生成氢气，C项错误；题述氧化还原反应中，化合价升高的只有NaBH4中的H，由－1价升高到0价，可据此判断电子转移数目，每生成1 mol Fe，消耗3 mol NaBH4，转移电子12 mol，D项错误。

2．按要求回答问题
(1)[2019·全国卷Ⅰ，26(3)]根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2O H＋＋B(OH)－4，K a＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________酸。

(2)[2015·全国卷Ⅰ，27(1)(6)]写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。

单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。

以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：________________________________________________________。

(3)[2015·安徽理综，27(2)]请配平化学方程式：______NaBO 2＋______SiO 2＋______Na ＋______H 2===____NaBH 4＋______Na 2SiO 3。

(4)[2014·重庆理综，11(2)]NaBH 4是一种重要的储氢载体，能与水反应得到NaBO 2，且反应前后B 的化合价不变，该反应的化学方程式为___________________________________。

答案 (1)一元弱 (2)Mg 2B 2O 5·H 2O ＋2H 2SO 4=====△2MgSO 4＋2H 3BO 3 2H 3BO 3=====△
B 2O 3＋3H 2O 、B 2O 3＋3Mg=====△2B ＋3MgO(点拨：硼酸先高温脱水生成B 2O 3，然后与镁发生置换反应) (3)1 2 4 2 1 2 (4)NaBH 4＋2H 2O===NaBO 2＋4H 2↑
3．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。

已知硼镁矿的主要成分为Mg 2B 2O 5·H 2O ，硼砂的化学式为Na 2B 4O 7·10H 2O 。

一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：
(1)写出硼元素在元素周期表中的位置：___________________________________________。

(2)将硼砂溶于水后，用硫酸调节溶液的pH ≈3.5以制取硼酸(H 3BO 3)，该反应的离子方程式为___________________________________________________________________________。

(3)由MgCl 2·6H 2O 制备MgCl 2时，一定条件是_____________________________________。

(4)制得的粗硼在一定条件下反应生成BI 3，BI 3在一定条件下受热分解可以得到纯净的单质硼。

0.200 0 g 粗硼制成的BI 3完全分解，将生成的I 2配制成100 mL 碘水，量取10.00 mL 碘水于锥形瓶中，向其中滴加几滴淀粉溶液，用0.300 0 mol·L －
1 Na 2S 2O 3溶液滴定至终点，消
耗Na 2S 2O 3溶液18.00 mL 。

(提示：I 2＋2S 2O 2－3===2I －＋S 4O 2－6)滴定终点的现象为_______________________________，该粗硼样品的纯度为________%。

(5)H 3BO 3[也可写成B(OH)3]可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备。

工作原理如图所示。

①b膜为__________(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，写出产品室发生反应的离子方程式：_______________________________________________________________，理论上每生成1 mol H3BO3，N室可生成________L(标准状况)气体。

②N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%______(填“>”或“<”)b%。

答案(1)第二周期ⅢA族(2)B4O2－7＋2H＋＋5H2O===4H3BO3↓(3)在HCl氛围中加热(4)滴加最后一滴Na2S2O3溶液，锥形瓶中溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复原色99(5)①阴离子H＋＋B(OH)－4===H3BO3＋H2O11.2②<
解析(3)因MgCl2在蒸干灼烧时会发生水解，其水解的化学方程式为MgCl2＋2H2O Mg(OH)2＋2HCl，所以为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁，需要在HCl氛围中加热。

(4)消耗的Na2S2O3的物质的量为0.300 0 mol·L－1×0.018 L＝0.005 4 mol，根据关系式：
B～BI3～3
2I2～3S2O
2－
3
得，n(B)＝
1
3n(S2O
2－
3
)＝0.001 8 mol，则该粗硼样品中B的物质的量＝
0.001 8 mol×100 mL
10.00 mL
＝0.018 mol，则硼的质量为11 g·mol－1×0.018 mol＝0.198 g，该粗硼样
品中硼的质量分数为0.198 g
0.200 0 g×100%＝99%。

(5)①产品室可得到H3BO3的原因是M室的H
＋穿过阳离子交换膜扩散至产品室，原料室的B(OH)－4穿过阴离子交换膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，其离子方程式为H＋＋B(OH)－4===H3BO3＋H2O，所以b膜应为阴离子交换膜。

阴极的电解液为氢氧化钠溶液，所以N室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH －，生成1 mol H3BO3时，需要M室和原料室分别转入1 mol H＋、1 mol B(OH)－4，则需转移1 mol e－，所以N室可生成0.5 mol氢气，其体积在标准状况下为11.2 L。

②N室溶液中氢
氧根离子浓度增大，Na＋从原料室通过阳离子交换膜进入N室，故N室进口溶液浓度比出口的小，即a%<b%。