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，0.175 mol/L的H3BO3溶液pH約為_________。

②已知碳酸H2CO3的電離平衡常數為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)發生儲氫反應：BPO4(s)+4Na(s)+2H2(g)Na3PO4(s)+NaBH4(s) △H＜0

①體系中H2的物質的量與反應時間的關系如表所示：

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

下列有關敘述正確的是(填標號)_________。

a. 當容器內氣體的摩爾質量不再變化時，反應達到平衡狀態

b. 10 min時向容器內通入少量H2，則重新達平衡前ν(放氫)> ν(吸氫)

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

d. 升高溫度，放氫速率加快，重新達到平衡時容器壓強增大

②圖為產率與反應溫度的關系曲線，NaBH4的產率在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，實驗測得3.8 g NaBH4(s)發生水解反應放出21.6 kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式_________。

②為NaBH4水解的半衰期(水解一半所需要的時間，單位為min)。lg隨pH和溫度的變化如圖所示。溶液pH=4時，NaBH4_________(填“能”或“不能”)穩定存在，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。寫出電鍍陽極反應方程式_______________。

Answer 1

【答案】5 CO32-+H2O+H3BO3=HCO3-+[B(OH)4]- cd 603K之前，反應未達到平衡狀態，溫度升高，反應速率加快；603K之后達到平衡，隨溫度升高，平衡逆向移動 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利用電離常數表達式先計算出c(H+)，再根據pH=-lgc(H+)；

②根據電離平衡常數越大，溶液的酸性越強。強酸與弱酸的鹽反應制取弱酸書寫；

(2)①a.體系中只有H2一種氣體，摩爾質量固定不變；

b.根據物質濃度對化學平衡移動移動分析；

c.根據化學平衡常數只與溫度有關判斷；

d.根據溫度對化學反應速率和壓強的影響分析；

②根據溫度對化學反應速率和化學平衡移動的影響分析原因；

(3)①先書寫反應方程式，然后根據物質變化與能量變化成正比，得到其相應的熱化學方程式；

②NaBH4和酸反應生成硼酸和氫氣；水解反應為吸熱反應，升溫促進水解正向進行；

③硼氫化鈉具有極強還原性，電鍍時BH4-在陽極失去電子，發生氧化反應。

(1)①根據電離平衡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的電離平衡常數是5.72×10-10，二元弱酸H2CO3的電離平衡常數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，反應的離子方程式為CO32-+H2O+H3BO3=HCO3-+[B(OH)4]-；

(2)①a.根據反應方程式可知：體系中只有H2一種氣體，所以無論是否達到平衡狀態，體系的摩爾質量都不變，因此不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，a錯誤；

b.由表中數據可知，該反應在10 min時已達平衡，在其它條件不變時，通入氫氣，使反應物濃度增大，化學平衡正向移動，重新達平衡前ν(吸氫) >ν(放氫)，b錯誤；

c.該反應的化學平衡常數K=，溫度不變，化學平衡常數不變，所以保持溫度不變，平衡后再充入1 mol H2，達新平衡時H2的濃度仍為0.4 mol/L，c正確；

d.由于該反應為放熱反應，在其它條件不變時，升高溫度，化學反應速率加快，平衡向逆反應方向移動，氫氣的物質的量增大，體系的壓強增大，d正確；

故合理選項是cd；

②在603K之前，反應正向進行，反應未達到平衡狀態，溫度升高，反應速率加快，更多的反應物轉化為生成物，反應物的轉化率增大；603K之后達到平衡，由于該反應的正反應是放熱反應，隨著溫度的升高，化學平衡向吸熱的逆反應移動，導致反應物的轉化率降低；

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

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

③硼氫化鈉具有極強還原性，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BH4-在陽極失去電子，發生氧化反應，陽極反應式為：BH4- -8e-+8OH-=BO2-+6H2O。