Question

【題目】硼元素在自然界主要以硼酸．硼酸鹽和硼硅酸鹽存在．請回答下列問題：

（1）硼元素是ⅢA族的第一個元素，原子結(jié)構(gòu)示意圖為 ， 天然硼元素有兩種穩(wěn)定同位素10B、11B，其相對原子質(zhì)量分別為10和11，它們的相對豐度分別為20%和80%，硼元素的平均相對質(zhì)量為 ．
（2）硼酸（H3BO3）是一元弱酸，工業(yè)上用硼砂（Na2B4O710H2O）制備硼酸晶體的流程如圖甲：
不同溫度下硼酸的溶解度見下表：

溫度/℃	0	20	40	60	80
溶解度/g	2.7	5.0	8.7	14.8	23.8

①寫出硼砂溶液和稀硫酸反應(yīng)的離子方程式 ．
②上述流程中獲得粗硼酸晶體的操作Ⅰ為、過濾，進(jìn)一步將粗硼酸晶體提純的方法是 ．
③25℃時0.1mol/L硼酸溶液的pH約為5.1，則其電離常數(shù)K約為 ．
（3）硼酸在加熱過程中發(fā)生分解的失重曲線如圖乙所示．
①硼酸從開始加熱到107℃時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ．
②硼酸加熱到160℃得到的固體的化學(xué)式為 ． （B元素的相對原子質(zhì)量按11計算）
（4）NaBH4由于H元素顯﹣1價，具有強還原性，是有機化學(xué)上的萬能還原劑．在堿性條件下電解NaBO2溶液可以制得NaBH4 ， 其反應(yīng)方程式為NaBO2+2H2O=2O2↑+NaBH4 ， 則陰極反應(yīng)式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）；10.8
（2）5H2O+B4O72﹣+2H+=4H3BO3；降溫結(jié)晶（冷卻熱飽和溶液）；重結(jié)晶；10﹣9.2
（3）H3BO3═HBO2+H2O；H2B4O7
（4）BO2﹣+6H2O+8e﹣=BH4﹣+8OH﹣
【解析】解：（1）硼的核電荷數(shù)=核外電子總數(shù)=5，其原子結(jié)構(gòu)示意圖為： ；天然硼元素有兩種穩(wěn)定同位素10B、11B，其相對原子質(zhì)量分別為10和11，它們的相對豐度分別為20%和80%，則硼元素的平均相對質(zhì)量為：10×20%+11×80%=10.8，
所以答案是： ； 10.8；（2）①硼砂溶液中溶質(zhì)為Na2B4O710H2O，與稀硫酸反應(yīng)生成H3BO3和硫酸鈉，反應(yīng)的離子方程式為：5H2O+B4O72﹣+2H+=4H3BO3 ，
所以答案是：5H2O+B4O72﹣+2H+=4H3BO3； ②根據(jù)表中硼酸的溶解度可知，硼酸受溫度的影響較大，可以通過降低溫度的方法分離出硼酸，則上述流程中獲得粗硼酸晶體的操作Ⅰ為降溫結(jié)晶（冷卻熱飽和溶液）、過濾，若進(jìn)一步將粗硼酸晶體提純，可以通過重結(jié)晶的方法完成，所以答案是：降溫結(jié)晶（冷卻熱飽和溶液）；重結(jié)晶；③25℃時0.1mol/L硼酸溶液的pH約為5.1，則該溶液中氫離子濃度為：c（H+）=10﹣5.1mol/L，c（H2BO3﹣）≈c（H+）=10﹣5.1mol/L，由于硼酸的電離程度較小，則0.1mol/L硼酸溶液中未電離的硼酸濃度約為0.1mol/L，所以硼酸的電離平衡常數(shù)為：K= =10﹣9.2 ， 所以答案是：10﹣9.2；（3）①2.48g硼酸的物質(zhì)的量為： =0.04mol，107℃時減少的固體質(zhì)量為：2.48g﹣1.76g=0.72g，減少部分應(yīng)該為水的質(zhì)量，減少的水的物質(zhì)的量為： =0.04mol，則1分子硼酸失去1分子水，所以該過程中反應(yīng)的方程式為：H3BO3═HBO2+H2O，
所以答案是：H3BO3═HBO2+H2O；②剩余固體從107℃加熱到160℃時，減少水的質(zhì)量為：1.76g﹣1.58g=0.18g，其物質(zhì)的量為： =0.01mol，0.04mol HBO2中含有0.04molH、0.04molB和0.08molO，失去0.01mol水后得到的固體中含有：0.02molH、0.04molB和0.07molO，則H、B、O原子數(shù)之比為：2：4：7，則反應(yīng)后固體的化學(xué)式為：H2B4O7 ，
所以答案是：H2B4O7；（4）總反應(yīng)為NaBO2+2H2O=2O2↑+NaBH4 ， 電解過程中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，則陰極H2O得到電子與BO2﹣結(jié)合生成BH4﹣和氫氧根離子，陰極的電極反應(yīng)式為：BO2﹣+6H2O+8e﹣=BH4﹣+8OH﹣ ， 所以答案是：BO2﹣+6H2O+8e﹣=BH4﹣+8OH﹣ ．