Question

硼氢化钠(NaBH₄)广泛用于化工生产，常温下能与水反应，易溶于异丙胺(沸点为33 ℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg₂B₂O₅·H₂O，含少量杂质Fe₃O₄)制取NaBH₄，其工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)NaBH₄中氢元素的化合价为_______。

(2)碱溶时Mg₂B₂O₅发生反应的化学方程式是________。

(3)滤渣的主要成分是_____。

(4)高温合成中，加料之前需将反应器加热至100 ℃以上，并通入氩气。通入氩气的目的是_____。

(5)操作2的名称为______，流程中可循环利用的物质是_____。

(6)在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO₂溶液也可制得NaBH₄，装置如图所示，电解总反应的离子方程式为_______。

(7)NaBH₄常用作还原剂，H₂也是常见的还原剂。与相同氧化剂反应时，1 g NaBH₄的还原能力相当于_____g H₂的还原能力(结果保留两位小数)。

Answer

-1 Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O = 2NaBO2＋2Mg(OH)2或Mg2B2O5·H2O＋2NaOH = 2NaBO2＋2Mg(OH)2 Fe3O4和Mg(OH)2 排除装置中的水蒸气和空气 蒸馏 异丙胺 +2H2O+2O2↑ 0.21

【解析】

硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O，含少量杂质Fe3O4)中的Fe3O4不能溶于NaOH，过滤后形成滤渣，得到的NaBO2溶于经过浓缩结晶得到Na2B4O7·10H2O，脱水后生成Na2B4O7，Na2B4O7在钠和氢气条件下与二氧化硅反应生成NaBH4和硅酸钠，用异丙胺溶解生成的NaBH4，除去硅酸钠，如何通过蒸馏分离得到NaBH4，据此分析解答。

(1)NaBH4中Na为+1价、B为+3价，根据化合物中各元素正负化合价代数和为0，计算出H为-1价，故答案为：-1价；

(2)碱溶时Mg2B2O5发生反应的化学方程式为Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O = 2NaBO2＋2Mg(OH)2，故答案为：Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O = 2NaBO2＋2Mg(OH)2；

(3)根据上述分析，滤渣的主要成分是Fe3O4和Mg(OH)2，故答案为：Fe3O4和Mg(OH)2；

(4)反应加料之前，需要将反应容器加热至100℃以上并通入氩气，氩气可以排出反应器中的水蒸气和空气，防止氢气和钠以及生产的硼氢化钠(NaBH4)与氧气和水反应，故答案为：排出反应器中的水蒸气和空气；

(5)操作1得到的物质是硼氢化钠和异丙胺的混合物，异丙胺的沸点为33 ℃，较低，易挥发，可以通过蒸馏操作分离二者，因此操作2为蒸馏，分离得到的异丙胺可循环利用，故答案为：蒸馏；异丙胺；

(6)在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4，根据图示，NaBO2在阴极发生还原反应生成，阳极上水发生氧化反应放出氧气，电解的总反应的离子方程式为+2H2O+2O2↑，故答案为：+2H2O+2O2↑；

(7) NaBH4中H为-1价，做还原剂时，H从-1价升高为+1价，1molNaBH4转移电子数为4×2=8mol，即38g NaBH4转移8mol电子，则1 g NaBH4转移电子数为8mol×=mol，H2做还原剂，1molH2失去电子2mol，则转移mol电子需要氢气mol，质量为mol×2g/mol=0.21g，故答案为：0.21。