Question

【題目】硼(B)可形成H3BO3、NaBH4、NaBO2等化合物，用途廣泛。

(1)H3BO3為一元弱酸，常溫下，在水中存在如下電離平衡：H3BO3 + H2O[B(OH)4]-+H+，Ka=5.72×10-10。

①25℃時(shí)，0.175 mol/L的H3BO3溶液pH約為_________。

②已知碳酸H2CO3的電離平衡常數(shù)為Ka1 = 4.4×10-7，Ka2 = 4.7×10-11。將少量碳酸鈉溶液滴加到飽和硼酸溶液中，反應(yīng)的離子方程式為_________。

(2)在容積恒定為2 L的密閉容器中加入足量BPO4和Na固體并充入一定量的H2(g)發(fā)生儲(chǔ)氫反應(yīng)：BPO4(s)+4Na(s)+2H2(g)Na3PO4(s)+NaBH4(s) △H＜0

①體系中H2的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如表所示：

t/min	0	2	4	6	8	10
n(H2)/mol	2.0	1.5	1.2	0.9	0.8	0.8

下列有關(guān)敘述正確的是(填標(biāo)號(hào))_________。

a. 當(dāng)容器內(nèi)氣體的摩爾質(zhì)量不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

b. 10 min時(shí)向容器內(nèi)通入少量H2，則重新達(dá)平衡前ν(放氫)> ν(吸氫)

c. 保持溫度不變，平衡后再充入1 mol H2，達(dá)新平衡時(shí)H2的濃度為0.4 mol/L

d. 升高溫度，放氫速率加快，重新達(dá)到平衡時(shí)容器壓強(qiáng)增大

②圖為產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，NaBH4的產(chǎn)率在603K之前隨溫度升高而增大，在603K之后隨溫度升高而減小的原因是_________。

(3)NaBH4(s)遇H2O(l)劇烈水解，生成氫氣和NaBO2(s)。

①通常狀況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得3.8 g NaBH4(s)發(fā)生水解反應(yīng)放出21.6 kJ熱量，寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_________。

②為NaBH4水解的半衰期(水解一半所需要的時(shí)間，單位為min)。lg隨pH和溫度的變化如圖所示。溶液pH=4時(shí)，NaBH4_________(填“能”或“不能”)穩(wěn)定存在，原因是_________(用離子方程式表示)；T1_________T2。(填 “>”或“<”)

③硼氫化鈉具有極強(qiáng)還原性，堿性條件可用于處理電鍍廢液中的CuSO4制得納米銅，從而變廢為寶。寫(xiě)出電鍍陽(yáng)極反應(yīng)方程式_______________。

Answer 1

【答案】5 CO32-+H2O+H3BO3=HCO3-+[B(OH)4]- cd 603K之前，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度升高，反應(yīng)速率加快；603K之后達(dá)到平衡，隨溫度升高，平衡逆向移動(dòng) NaBH4(s)+2H2O(l)=NaBO2(s)+4H2(g) △H= -216kJ/mol 不能 BH4-+H++3H2O=H3BO3+4H2↑ < BH4- -8e-+8OH-=BO2-+6H2O

【解析】

(1)①利用電離常數(shù)表達(dá)式先計(jì)算出c(H+)，再根據(jù)pH=-lgc(H+)；

②根據(jù)電離平衡常數(shù)越大，溶液的酸性越強(qiáng)。強(qiáng)酸與弱酸的鹽反應(yīng)制取弱酸書(shū)寫(xiě)；

(2)①a.體系中只有H2一種氣體，摩爾質(zhì)量固定不變；

b.根據(jù)物質(zhì)濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)移動(dòng)分析；

c.根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)判斷；

d.根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和壓強(qiáng)的影響分析；

②根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的影響分析原因；

(3)①先書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式，然后根據(jù)物質(zhì)變化與能量變化成正比，得到其相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②NaBH4和酸反應(yīng)生成硼酸和氫氣；水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫促進(jìn)水解正向進(jìn)行；

③硼氫化鈉具有極強(qiáng)還原性，電鍍時(shí)BH4-在陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。

(1)①根據(jù)電離平衡H3BO3 + H2O[B(OH)4]-+H+可知Ka==5.72×10-10，由于c(H3BO3)=0.175mol/L，所以c2(H+)=1×10-10，所以c(H+)=1×10-5mol/L，溶液的pH=5；

②由于H3BO3的電離平衡常數(shù)是5.72×10-10，二元弱酸H2CO3的電離平衡常數(shù)Ka1 = 4.4×10-7，Ka2 = 4.7×10-11，所以酸性：H2CO3> H3BO3>HCO3-。將少量碳酸鈉溶液滴加到飽和硼酸溶液中，反應(yīng)的離子方程式為CO32-+H2O+H3BO3=HCO3-+[B(OH)4]-；

(2)①a.根據(jù)反應(yīng)方程式可知：體系中只有H2一種氣體，所以無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，體系的摩爾質(zhì)量都不變，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；

b.由表中數(shù)據(jù)可知，該反應(yīng)在10 min時(shí)已達(dá)平衡，在其它條件不變時(shí)，通入氫氣，使反應(yīng)物濃度增大，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，重新達(dá)平衡前ν(吸氫) >ν(放氫)，b錯(cuò)誤；

c.該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，所以保持溫度不變，平衡后再充入1 mol H2，達(dá)新平衡時(shí)H2的濃度仍為0.4 mol/L，c正確；

d.由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在其它條件不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量增大，體系的壓強(qiáng)增大，d正確；

故合理選項(xiàng)是cd；

②在603K之前，反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度升高，反應(yīng)速率加快，更多的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；603K之后達(dá)到平衡，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)移動(dòng)，導(dǎo)致反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低；

(3)①n(NaBH4)=3.8g÷38g/mol=0.1mol,反應(yīng)放出熱量是21.6 kJ，則1mol固態(tài)NaBH4與水反應(yīng)產(chǎn)生固態(tài)NaBO2和氫氣，放出熱量是216kJ，故其熱化學(xué)方程式為：NaBH4(s)+2H2O(l)=NaBO2(s)+4H2(g) △H= -216kJ/mol；

②NaBH4可水解放出氫氣，反應(yīng)方程式為：NaBH4+2H2O═NaBO2+4H2↑，在酸性條件下，NaBH4不能穩(wěn)定性存在，NaBH4和酸反應(yīng)生成硼酸和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：BH4-+H++3H2O=H3BO3+4H2↑，溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越大，半衰期越短，所以T1＜T2；

③硼氫化鈉具有極強(qiáng)還原性，堿性條件可用于處理電鍍廢液中的CuSO4制得納米銅，從而變廢為寶。電鍍時(shí)BH4-在陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極反應(yīng)式為：BH4- -8e-+8OH-=BO2-+6H2O。