Question

7．硼氫化鈉（NaBH₄）在化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，某研究小組采用偏硼酸鈉（NaBO₂）為主要原料制備N(xiāo)aBH₄，其流程如下：

已知：NaBH₄常溫下能與水反應(yīng)，可溶于異丙胺（沸點(diǎn)：33℃）．
（1）NaBH₄中H元素的化合價(jià)為-1．
請(qǐng)配平第①步反應(yīng)的化學(xué)方程式，并用單線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：
□NaBO₂+□SiO₂+□Na+□H₂=□NaBH₄+□Na₂SiO₃
（2）實(shí)驗(yàn)室取用少量金屬鈉需要用到的實(shí)驗(yàn)用品有鑷子、濾紙、玻璃片和小刀等．
在第①步反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)器加熱至100℃以上并通入氬氣，該操作的目的是除去裝置中的空氣和水蒸氣．
（3）第②步分離采用的方法是過(guò)濾．
第③步分出NaBH₄并回收溶劑，采用的方法是蒸餾．
（4）NaBH₄（s）與H₂O（l）反應(yīng)生成NaBO₂（s）和氫氣（g），在25℃，101kPa下，已知每消耗3.8g NaBH₄（s）放熱21.6kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是NaBH₄（s）+2H₂O（l）═NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 NaBO₂、SiO₂、Na和H₂在一定條件下反應(yīng)生成NaBH₄、Na₂SiO₃，NaBH₄常溫下能與水反應(yīng)，且氫氣和氧氣混合加熱易產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，為防止NaBH₄水解、防止產(chǎn)生安全事故，需要將裝置中的空氣和水蒸氣排出；NaBH₄可溶于異丙胺，根據(jù)③知，②中加入的溶劑是異丙胺，NaBH₄溶解于異丙胺、Na₂SiO₃不溶于異丙胺，難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法分離，通過(guò)過(guò)量得到濾液和濾渣，濾渣成分是Na₂SiO₃；異丙胺沸點(diǎn)：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH₄；
（1）NaBH₄中Na為+1價(jià)，B為+3價(jià)，可結(jié)合化合物中各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0，計(jì)算出氫元素的化合價(jià)，①反應(yīng)中H元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)、Na元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式；
（2）原料中的金屬鈉通常保存在煤油中，需要用到的實(shí)驗(yàn)用品有鑷子、濾紙、玻璃片和小刀等，為防止安全事故發(fā)生和防止NaBH₄水解，在第①步反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)器加熱至100℃以上并通入氬氣，從而排出空氣和水蒸氣；
（3）分離難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法；熔沸點(diǎn)相差較大的可以采用蒸餾方法；
（4）n（NaBH₄）=$\frac{3.8g}{38g/mol}$=0.1mol，在25℃、101kPa下，每消耗0.1molNaBH₄（s）放熱21.6kJ，則消耗1molNaBH₄（s）放熱216.0kJ，據(jù)此書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式．

解答 解：NaBO₂、SiO₂、Na和H₂在一定條件下反應(yīng)生成NaBH₄、Na₂SiO₃，NaBH₄常溫下能與水反應(yīng)，且氫氣和氧氣混合加熱易產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，為防止NaBH₄水解、防止產(chǎn)生安全事故，需要將裝置中的空氣和水蒸氣排出；NaBH₄可溶于異丙胺，根據(jù)③知，②中加入的溶劑是異丙胺，NaBH₄溶解與異丙胺、Na₂SiO₃不溶于異丙胺，難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法分離，通過(guò)過(guò)量得到濾液和濾渣，濾渣成分是Na₂SiO₃；異丙胺沸點(diǎn)：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH₄，
（1）NaBH₄中根據(jù)化合物中各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0，并結(jié)合Na為+1價(jià)、B為+3價(jià)計(jì)算出H為-1價(jià)，第①步反應(yīng)中根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式為NaBO₂+2SiO₂+4Na+2H₂═NaBH₄+2Na₂SiO₃，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為4e^-，
故答案為：-1價(jià)；；
（2）鈉的密度大于煤油，為隔絕空氣和水，原料中的金屬鈉通常保存在煤油中，實(shí)驗(yàn)室取用少量金屬鈉時(shí)，需要鑷子夾取鈉、用濾紙吸煤油，所以實(shí)驗(yàn)室取用少量金屬鈉需要用到的實(shí)驗(yàn)用品有鑷子、濾紙、玻璃片和小刀等，NaBH₄常溫下能與水反應(yīng)，且氫氣和氧氣混合加熱易產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，為防止NaBH₄水解、防止產(chǎn)生安全事故，需要將裝置中的空氣和水蒸氣排出，鈉極易和空氣中氧氣、和水反應(yīng)，故答案為：鑷子；除去裝置中的空氣和水蒸氣；
（3）分離難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法，②中加入的溶劑是異丙胺，NaBH₄溶解與異丙胺、Na₂SiO₃不溶于異丙胺，所以第②步分離采用的方法是過(guò)濾；熔沸點(diǎn)相差較大的可以采用蒸餾方法，異丙胺沸點(diǎn)：33℃，將濾液采用蒸餾的方法分離，得到異丙胺和固體NaBH₄，故答案為：過(guò)濾；蒸餾；
（4）NaBH₄（s）與H₂O（l）反應(yīng)生成NaBO₂（s）和H₂（g），n（NaBH₄）=$\frac{3.8g}{38g/mol}$=0.1mol，在25℃、101kPa下，每消耗0.1molNaBH₄（s）放熱21.6kJ，則消耗1molNaBH₄（s）放熱216.0kJ，則熱化學(xué)方程式為NaBH₄（s）+2H₂O（l）=NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216.0kJ/mol，故答案為：NaBH₄（s）+2H₂O（l）=NaBO₂（s）+4H₂（g）△H=-216.0kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析推斷及知識(shí)綜合應(yīng)用能力，涉及物質(zhì)分離提純、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、氧化還原反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)基本操作等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)且較基礎(chǔ)，難點(diǎn)是分析流程圖中發(fā)生的反應(yīng)、基本操作等，題目難度中等．