必考大题
3－3化学工艺流程综合题
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1．硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7·10H2O)时的废渣，其主要成分是MgO，还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)Na2B4O7·10H2O中B的化合价为______________________________________。
(2)Na2B4O7易溶于水，也较易发生水解：B4O2－7＋7H2O4H3BO3(硼酸)＋2OH－(硼酸在常温下溶解度较小)。写出加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式：_____________________________________________ ___________________________。
(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体，写出生成黑色固体的离子方程式：_____________________________________________ ___________________________
___________________________________________ _____________________________。
(4)加入MgO的目的是_____________________________________________ ___。
(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表：
444
明“操作A”步骤为____________________。
(6)Na2B4O7·10H2O失去全部结晶水后的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”(该过程B的化合价不变)。
①写出NaBH4的电子式：______________。
②“有效氢含量”可用来衡量含氢还原剂的还原能力，其定义是：每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力。NaBH4的有效氢含量为________(计算结果保留两位小数)。
③在碱性条件下，在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠，写出阴极室的电极反应式：________________________________________________________________________。
解析：(1)Na2B4O7·10H2O中，钠的化合价＋1价，氧的化合价－2价，设B的化合价为x价，根据元素化合价代数和为0计算：2×(＋1)＋4x＋(－2)×7＝0，x＝＋3。(2)在Na2B4O7溶液中加入硫酸，会促进水解，反应生成硼酸，化学方程式为Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O＝Na2SO4＋4H3BO3↓。(3)NaClO溶液在加热条件下将溶液中的Mn2＋氧化成MnO2，生成黑色固体的离子方程式为ClO－＋Mn2＋＋H2O===MnO2＋Cl－＋2H＋。(4)加入MgO的目的是调节溶液的pH值，使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀除去。(5)温度对MgSO4、CaSO4的溶解度有影响，温度越高，CaSO4溶解度越小，故可以采用蒸发浓缩、趁热过滤的方法除去CaSO4。
(6)①NaBH4属于离子化合物，电子式为。②每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力，则NaBH4变化为H＋，电子转移8e－，电子转移和H2
变化为H＋电子转移相同，设NaBH4的质量为1 g，相当于H2质量为x，1 g
37.8 g·mol－1
×8＝x
2 g·mol－1
×2，解得x≈0.21 g。③在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠，则阴极室BO－2得电子发生还原反应生成BH－4，则电极反应式为BO－2＋6H2O＋8e－===BH－4＋8OH－。
答案：(1)＋3
(2)Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O===Na2SO4＋4H3BO3↓
(3)ClO－＋Mn2＋＋H2O===MnO2＋Cl－＋2H＋
(4)调节溶液的pH值，使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀除去
(5)蒸发浓缩、趁热过滤
(6)①②0.21
③BO－2＋6H2O＋8e－===BH－4＋8OH－
2．砷为第ⅤA族元素，金属冶炼过程中产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。
Ⅰ.冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)的形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下：
已知：①As2S3与过量的S2－存在以下反应：As2S3(s)＋3S2－(aq)2AsS3－3(aq)；
②亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。
(1)亚砷酸中砷元素的化合价为________；砷酸的第一步电离方程式为________________________________________________________________________。
(2)“一级沉砷”中FeSO4的作用是______________________________________；“二级沉砷”中H2O2与含砷物质反应的化学方程式为____________________________。
(3)沉淀X为____________(填化学式)。
Ⅱ.冶炼废渣中的砷元素主要以As2S3的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测(As的最低检出限为3.0×10－6 g)。
步骤1：取10 g 废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入H 2SO 4共热，生成AsH 3气体。 步骤2：将AsH 3气体通入AgNO 3溶液中，生成银镜和As 2O 3。
步骤3：取1 g 废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成。
(4)AsH 3的电子式为________________。
(5)步骤2的离子方程式为_______________________________________________。
(6)固体废弃物的排放标准中，砷元素不得高于4.0×10－5g·kg －1，请通过计算说明该排放的废渣中砷元素的含量________(填“符合”或“不符合”)排放标准，原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)亚砷酸(H 3AsO 3)中，氧元素化合价为－2价，氢元素化合价为＋1价，砷元素化合价设为x ，＋1×3＋x ＋(－2)×3＝0，x ＝＋3；第ⅤA 族非金属元素形成的最高价含氧酸中磷、砷形成的含氧酸都是弱酸，在水溶液中分步电离，第一步电离方程式为H 3AsO 4 H ＋＋H 2AsO －4。(2)“一级沉砷”中FeSO 4的作用是除去过量的S 2－，使As 2S 3＋3S 2
－2AsS 2－3平衡逆向进行，
提高沉砷效果；“二级沉砷”中H 2O 2与含砷物质发生氧化还原反应，亚砷酸被氧化为砷酸，反应的化学方程式为H 3AsO 3＋H 2O 2===H 3AsO 4＋H 2O 。(3)分析流程可知，加入CaO 和水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2和砷酸反应生成Ca 3(AsO 4)2沉淀、和Fe 3＋反应生成Fe(OH)3沉淀，Ca 2＋结合SO 2－4形成CaSO 4沉淀，
所以沉淀X 为CaSO 4。(4)AsH 3和NH 3分子结构相同为共价化合物，砷原子和三个氢原子形成三个As —H 键，电子式为。(5)将AsH 3气体通入AgNO 3溶液中，生成银镜和As 2O 3，结合电荷守
恒、原子守恒配平离子方程式：12Ag ＋＋2AsH 3＋3H 2O===12Ag ↓＋As 2O 3＋12H ＋。(6)As
的最低检出限为3.0×10 －6 g ，取1 g 废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成，取10 g 废
渣样品最后生成银镜和As 2O 3。则10 g 废渣含砷量最少为3.0×10
－6 g ，含砷量为3.0×10－6 g 10 g ×1 000 g·kg －1＝3.0×10－4 g·kg －1＞4.0×10
一5 g·kg －1，不符合排放标准。 答案：(1) ＋3 H 3AsO 4
H ＋＋H 2AsO －4 (2)沉淀过量的S 2－，使As 2O 3(s)＋3S 2－(aq)
2AsS 2－
3(aq)平衡左移，提高沉砷效果 H 3AsO 3＋H 2O 2===H 3AsO 4＋H 2O (3)CaSO 4 (4)
(5)12Ag ＋＋2AsH 3＋3H 2O===12Ag ＋As 2O 3＋12H ＋
(6)不符合 因为该废渣砷含量最少为(3.0×10－
6 g 10 g
)×1 000 g·kg －1＝3.0×10－4 g·kg －1，大于排放标准4.0×10－5 g·kg －1
3．稀土元素的物理性质和化学性质极为相似，常见化合价为＋3价。在合金中加入适
