Question

硼氢化钠(NaBH₄)是有机合成中常用的还原剂。一种制备硼氢化钠工艺如下（部分条件和产物省略）：

已知：MgH₂、NaBH₄遇水蒸气剧烈反应并放出H₂。

回答下列问题：

（1）Mg₂B₂O₅•H₂O中B的化合价为_______________。MgH₂和NaBO₂必须在干燥条件下合成硼氢化钠，其原因是_____________________________________________。

（2）难溶的Mg₂B₂O₅与浓氢氧化钠溶液反应的离子方程式为__________。

（3）SOCl₂溶于水能产生两种气体，其中一种气体能使品红溶液褪色，则灼烧时加入SOCl₂的目的是______________________________。

（4）已知镁—H₂O₂酸性燃料电池反应为Mg+H₂O₂+H₂SO₄MgSO₄+2H₂O。常温下，电解质溶液为200 mL 0.1 mol·L^1硫酸溶液。

①写出正极的电极反应式：______________________________。

②若电路中有0.038 mol转移电子时，则溶液pH约为_____（忽略体积变化，不考虑H₂O₂电离）。

（5）“有效氢”是衡量含氢还原剂的还原能力指标，定义为1 g含氢还原剂的还原能力与多少克H₂相当。NaBH₄的“有效氢”等于_________________（结果保留2位小数）。

（6）工业上，可以利用NaBO₂、HCHO和生石灰在加热下生成NaBH₄和难溶的盐，写出化学方程式________________________________________。

Answer

+3 防止MgH2、NaBH4与水蒸气反应 Mg2B2O5+H2O+2OH=2Mg(OH)2+2BO2 提供HCl抑制MgCl2水解 H2O2+2e+2H=2H2O 2 0.21 NaBO2+2HCHO+2CaONaBH4+2CaCO3

【解析】

Mg2B2O5•H2O与NaOH反应，得到滤渣和滤液，从滤液中最终得到了NaBO2。从滤渣最终得到了MgCl2。滤液的溶质为NaBO2，经过蒸发浓缩等一系列操作得到晶体。滤渣为Mg(OH)2，与浓盐酸作用得到MgCl2·7H2O，经电解等一系列操作得MgH2，与NaBO2反应得到NaBH4。

（1）根据化合物中各元素的化合价代数和为0，Mg的化合价为＋2，O的化合价为－2，设B的化合价为x，有2×(＋2)＋2x＋5×(－2)=0，得x=＋3。则B的化合价为+3。根据已知MgH2、NaBH4遇水蒸气剧烈反应并放出H2，所以保持干燥环境的目的是防止硼氢化钠、氢化镁与水蒸气反应。答案为+3；防止MgH2、NaBH4与水蒸气反应；

（2）Mg2B2O5•H2O与NaOH反应，得到滤渣和滤液。滤液的溶质为NaBO2，因为经过蒸发浓缩等一系列操作得到NaBO2晶体，而一系列操作不会改变溶质。滤渣为Mg(OH)2，与浓盐酸作用得到MgCl2·7H2O。所以难溶的Mg2B2O5与浓氢氧化钠溶液反应生成了氢氧化镁和偏硼酸钠（NaBO2)，方程式为Mg2B2O5+H2O+2OH =2Mg(OH)2+2BO2；

（3）MgCl2·7H2O脱去结晶水的时候要防止Mg2＋水解生成Mg(OH)2。而SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑，消耗了水，生成的氯化氢又能抑制氯化镁水解。答案为与水反应提供HCl抑制MgCl2水解

（4）①正极得到电子化合价降低，化合价降低的为H2O2中的O，其化合价从－1降低到－2，发生还原反应。电解质溶液含有硫酸，为酸性，则正极方程式为H2O2+2e+2H=2H2O。

②n(H)=0.04 mol，由电极反应式知，转移1 mol电子必消耗1 mol H，转移0.038 mol电子时溶液中c(H)==0.01 mol·L1，pH=-lgc(H＋)=-lg0.01=2。

（5）含氢还原剂的氧化产物为H2O等，1 molNaBH4的质量为38g，发生反应时，失去8 mol电子，相当于4 molH2,为8g氢气。NaBH4的有效氢等于≈0.21。

（6）反应物为NaBO2、HCHO和CaO，根据原子守恒难溶盐为CaCO3。则方程式为NaBO2+2HCHO+2CaONaBH4+2CaCO3。