高中化学专题训练【硼及其化合物的性质】

硼及其化合物的性质

核心精讲

1.硼

硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发

生如下反应：

⑴高温下，与N2、s、X2(X=ClsBr、I)等单质反应，如2B+N2里遢2BNO

(2)局]温下同金属反应生成金属硼化物。

(3)赤热下，与水蒸气反应：2B+6H2O(g)==2B(OH)3+3H2e

(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应：2B+3H2so4(浓尸屋==2H3BO3+3SO2$,B+

3HNC）3（浓）===H3BO3+3NO2TO

2.硼酸(H3BO3)

(1)一元弱酸，H3BO3+H20-H++[B(0H)4]-0

(2)H3BO3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HB02),继续升温可进一步脱水

生成四硼酸(H2B4O7),更高温度时则转变为硼酸的酸奸(B2O3)。

迁移应用

硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一

种以硼镁矿(含Mg2B2O5-H2。、Si02及少量Fe2O3、AI2O3)为原料生产硼酸及轻质

氧化镁的工艺流程如图：

(NHD2SO4溶液滤渣1调pH

硼镁矿粉一隋复H过;虑1|=3$过滤2|-H3BO3

_I_]晞H=6.5

气体一匣网------mh

NFhHcb?溶液J液

轻质氧化镁一Mg(OH)2-MgCO3」

回答下列问题：

⑴在95°C“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为

(2)“滤渣1”的主要成分有。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3

+离子，可选用的化学试剂是___________O

10

(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2O-H++[B(OH)4]-,=5.81x10-,

可判断H3BO3是___________酸；在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是

【解析】⑴根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸镀溶液产生的气体为氨气，用碳

酸氢镀溶液吸收，反应方程式为NH3+NH4HCO3=(NH4)2CO3；⑵滤渣1为不

与硫酸镀溶液反应的Fe2O3、AbO3、SiO2检验Fe3+,可选用的化学试剂为KSCN；

⑶由硼酸的解离方程式知，硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢

离子，而三价硼原子最多只能再形成一个配位键，且硼酸不能完全解离，所以

硼酸为一元弱酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5,目的是将[B(OH)4]-转

化为H3BO3,并促进H3BO3析出。

答案：(1)NH3+NH4HCO3=(NH4)2CO3

(2)Fe2O3.AI2O3、SiO2KSCN(3)一元弱

将[B(OH)4「转化为H3BO3，促进析出

教师

专用

1,氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物，经过一系列

反应可以得到BF3和BN,如图所示。下列叙述错误的是()

A.H3BO3在水溶液中发生H3BO3+H2O-H++[B(OH)4]-,可知H3BO3是一元

弱酸

B.NH4BFM氟硼酸镀)是合成氮化硼纳米管的原料之一，11110INH4BF4含有配位

键的数目为NA

C.由B2O3可制备晶体硼，晶体硼的熔点2573K,沸点2823K,硬度大，属

于共价晶体

D.六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似,

立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子

【解析】选B。由H3BO3在水溶液中发生H3BO3+H2O-H++[B(0H)4「，可

知H3BO3是一元弱酸，A项正确；NH4BF4中，NH/中含有氮氢配位键，BF4-

中含有硼氟配位键，则1molNH4BF4含有配位键的数目为2NA,B项错误；共

价晶体通常具有很高的熔沸点和很大的硬度，晶体硼的熔点为2573K,沸点为

2823K,硬度大,说明其属于共价晶体,C项正确；金刚石晶胞中,8个顶点有

8个碳原子，6个面心各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，金刚石的

一个晶胞中含有的碳原子数为8x《+6x|+4=8,由立方氮化硼晶体中原子个

数比可知其晶胞中应该含有4个N原子和4个B原子，D项正确。

2.硼酸(H3BO3)广泛用于制玻璃等。以硼镁矿粉(主要成分是Mg2B2O5,含少量

的FeO、Fe2O3.SiCh等)为原料制备硼酸的流程如图所示。

反萃

稀硫酸试剂AMgO萃取剂号剂稀硫酸

硼I11IX1

固体1固体2溶液11溶液2

萃取剂

已知：H3BO3水溶液中存在H3BO3+H2O-[B(OH)4「+H+。

请回答下列问题：

(1)从绿色化学角度考虑，试剂A宜选择(填标号)。

a.双氧水b.硝酸c.氯气

(2)氧化镁的作用是__________________________(用离子方程式表示)。

⑶利用上述流程中的(填标号)与碳酸氢镇反应制备MgCO%

a.固体1b.固体2c.溶液1d.溶液2

(4)在一定温度下，硼镁矿粉与硫酸、蒸储水按照一定比例混合后搅拌反应。混

合体系中液固比(mL.g-)对硼浸出率的影响如图所示。最佳液固比为

mL.g-1当液固比小于4mL-g」时，随着液固比的增大，硼浸出率增

大的主要原因是________________________________________O

硼浸出率/%

(5)不同温度、pH下硼酸的萃取率如表所示。

表1硼酸萃取率与温度的关系

温度/℃2030405060

萃取率/%98.998.798.598.398.1

(6)硼酸纯度测定。准确称取ag硼酸样品于锥形瓶中，加入适量甘露醇和去氧蒸

储水，再滴入酚酥溶液用cmoLL-iNaOH溶液滴定至溶液呈粉红色消耗NaOH

溶液VimL0制备去氧蒸储水的操作是________________________；

该硼酸样品的纯度为O

【解析】(1)加入试剂A的操作目的是将杂质中的Fe?+氧化至Fe3+,所以需用氧

化剂，三个备选项中，只有H2O2反应后生成水，过量的也会在加热条件下分解

成水和氧气，不会引入新的离子干扰实验；(2)消耗溶液中过量的酸，调节溶液

pH，使Fe3+更易水解产生沉淀；(3)固体1主要成分是SiO2,固体2的主要成分

是Fe(OH)3,只有溶液1中的主要成分是MgSO4,可与NH4HCO3反应制取

MgCO3；(4)根据题中图像信息，液固比为4时浸出率最高，之后未再改变，所

以不用选择更大的液固比浪费原材料；随着液体的增加，更多的固体被浸入液

体中，增加了固液接触面积，所以会有更多的有效成分被浸出；(5)根据题中表

格信息，随着温度上升，浸出率下降，从平衡理论角度，说明浸出过程是一个

放热的过程；硼酸在溶液中有一个平衡体系H3B03+H2O[B(0H)4r+H+,所

以随着pH的上升，该平衡向正向移动，硼酸的电离程度增大，故浸出率下降；

(6)要制备去氧蒸储水，可以用煮沸并冷却的方法处理；根据题目所给信息，考

虑硼酸电离方式，故硼酸与氢氧化钠反应的方程式为H3BO3+NaOH=

Na[B(OH)4],两反应物物质的量之比是1：1,所以硼酸样品中纯硼酸质量为

m纯=n-M=CV]X1Q-3molx62g-mol_1=6.2x10-2cVig,则该样品纯度为w°/o=

根纯6.2xlO-2cVi誓％。

—xlOO%=----------------xl00%=

根样a5a

+2+

答案：⑴a(2)MgO+2H=Mg+H2O(3)c(4)4增大了液体与固体的接

触面积(5)放热pH增大，反应H3BO3+H2O-[B(OH)4]-+H+的平衡正向移

动，硼酸电离程度增大(6)煮沸蒸储水并冷却%

3.硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产，常温下能与水反应，易溶于异丙胺(沸

点为33℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5-H2O,含少量杂质Fe3O4)

制取NaBH4,其工艺流程如图：

浓NaOH溶液

硼镁矿f忸审4濡哂95[0见。

滤渣I晓kI

异丙胺NaH2SiO2鸣叫

9由田道-湍蕃益—

Na2SiO3

回答下列问题：

(1)碱溶时Mg2B2O5发生反应的化学方程式是___________________________

高温合成的化学方程式O

(2)滤渣的成分是o

⑶高温合成中，加料之前需将反应器加热至100℃以上并通入氮气，该操作的

目的是______________________________________________________,

实验室取用少量金属钠用到的实验用品有滤纸、玻璃片和小刀。

(4)操作2的名称为o流程中可循环利用的物质是

(5)NaBH4常用作还原剂,凡也是常见的还原剂。与相同氧化剂反应时』gNaBH4

的还原能力相当于gH?的还原能力(B元素化合价不变，氧化产物中氢

元素化合价相同，结果保留两位小数)。

【解析】硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5-H2。,含少量杂质Fe3O4)中的Fe3O4不溶

于浓NaOH溶液过滤后形成滤渣得到的NaBCh经过结晶得到Na2B4O7」0H2。，

脱水后生成NazBQ7,NazBQ?在钠和氢气条件下与二氧化硅反应生成NaBH4

和硅酸钠，用异丙胺溶解生成的NaBH4，除去硅酸钠，通过蒸储分离得到NaBH4o

⑴由流程图可知，碱溶时Mg2B2O5与NaOH反应转化为NaBO2,发生反应的化

学方程式为Mg2B2O5+2NaOH+H2O=2NaBO2+2Mg(OHR；高温合成时，

Na2B4O7.Na、氏和SiC)2反应生成NaBH4和NazSiCh,化学方程式为NazBQ?

+16Na+8H2+7SiC)2旦西4NaBH4+7Na2SiO3；⑵硼镁矿中FesCU不溶于浓

NaOH溶液，以滤渣的形式析出，另外，碱溶时生成的Mg(OH)2也以滤渣的形

式析出，所以滤渣的成分为Mg(OH”和Fe3O4；(3)Na的性质活泼，能与水和空

气中的氧气反应，结合题干中硼氢化钠在常温下能与水反应，所以加料前须先

除去反应器中的水蒸气和空气；原料金属钠通常保存在煤油中，实验室取用少

量金属钠用到的实验用品有银子、滤纸、玻璃片和小刀；(4)NaBH4易溶于异丙

胺且异丙胺的沸点低，结合流程图可知，操作2是蒸储NaBH4的异丙胺溶液，

回收异丙胺，异丙胺可循环利用；(5)NaBH4和H2作还原剂时氧化产物中氢元素

都为+1价，NaBH4作还原剂氢元素由-1价一+1价，抵作还原剂氢元素由0

价一+1价，1gNaBH4作还原剂转移的电子的物质的量为获就f><4x2-

0.21mol,转移电子的物质的量为0.21mol时消耗的质量为

0.21molx2g-mol'1

-------丁-----=0.21g,则1gNaBH4的还原能力相当于0.21gHz的还原

能力。

答案：(l)Mg2B2O5+2NaOH+H2O=2NaBO2+2Mg(OH)2；Na2B4O7+16Na+

8H2+7SiO2工型4NaBH4+7Na2SiO3(2)Mg(OH)2和Fe3O4

(3)除去反应器中的水蒸气和空气银子(4)蒸储异丙胺(5)0.21

教师独具。精境培」兼•命题新视常---------“蓝篝:学鬻

命题新情境一

【科技前沿】北京时间2021年9月24日凌晨由中国科学院天津工业生物技术

研究所主导完成的人工合成淀粉重大科技突破进展成果论文在著名国际学术期

刊《科学》上线发表，从而为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造“打开了一

扇窗:这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向设计自

然、超越自然目标的实现迈进一大步，为创建新功能的生物系统提供新的科学

基础，也将为未来从二氧化碳合成淀粉开辟崭新道路，使未来淀粉的工业化生

物制造成为可能。最新研究成果实现在无细胞系统中用二氧化碳和电解水产生

的氢气合成甲醇进一步合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径

（ASAP）e

Science-

（血％EECHEMOENZY晶A

（STARCHSYNTHESISFROMC0：

命题新视角

命题视角1：化学与科技

阅读材料分析二氧化碳到淀粉的合成过程中断裂什么类型的化学键？

提示：电解水得到H2,凡与C02合成甲醇，再经历一系列过程合成淀粉；合成

中会涉及H-H键和CO键的断裂，化学键类型属于极性键和非极性键。

命题视角2:C02在自然界中的循环

如图是碳循环中的一部分。以下对该图示的理解不正确的是（）

干冰通■二氧化碳缥碳酸盐

化石燃料糖类

A.倡导“低碳生活、减少C02的排放”的思想主要涉及反应①

B.反应②是在植物体内完成的

C.反应③是造成大气中C02浓度逐渐升高的主要原因

D.反应④⑥是人为缓解温室效应的措施

答案：C

命题视角3:思维拓展

⑴已知:碳一化学研究以含有一个碳原子物质（CO、CO2、CH4、CH3OH及HCHO）

为原料合成工业品的有机化学及工艺。本素材中技术是否属于碳一化学的内

容？

提不：属于,原料为CO2o

⑵碳中和的途径包括节能减排、生态碳汇、碳捕集利用与封存技术、海洋碳汇、

资源化利用等。本素材中技术属于碳中和途径中的哪一种途径？

提示：资源化利用。

命题视角4:社会担当

人工合成淀粉的重大突破对社会发展有什么意义？

提示：对农业生产、对工业的生物制造实际上提供了一个新的途径，有非常重

大的推进意义；为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思

路。

Q、真题研习•考题演练,----------。

真题研习

同根题探源

1•陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密

切的关系。下列说法错误的是（）

A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁

B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成

C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐

D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点

【解析】选Ao氧化铁是红色的，俗称铁红，所以瓷器的青色不是氧化铁。

2.今年五一假期，人文考古游持续成为热点。很多珍贵文物都记载着中华文明

的灿烂成就，具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列国宝级文物主要由

合金材料制成的是（）

选项ABCD

文物3

河姆渡出土

名称铸客大铜鼎兽首玛瑙杯角形玉杯

陶灶

【解析】选A。铸客大铜鼎属于铜的合金，A符合题意；河姆渡出土陶灶属于

陶器，主要成分为硅酸盐，不属于合金，B不符合题意；兽首玛瑙杯主要成分为

二氧化硅，不属于合金，C不符合题意；角形玉杯主要成分为硅酸盐，不属于合

金，D不符合题意。

点睛：

两道试题均考查的是材料，但是两道题形式上有明显的不同，第1小题以传统

硅酸盐材料陶瓷为载体，考查陶瓷的形成、性质等与化学相关的内容；第2小

题以文物为载体综合考查合金、无机非金属材料相关知识。

真题演练

I.下列关于c、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是()

A.键能C—OSi—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6

B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度

C.SiH4中Si的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于

CH4

D.Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C,难形

成P—P71键

【解析】选Co因键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,故C2H6的键能总和大于

Si2H6,键能越大越稳定，故C2H6的稳定性大于Si2H6,A正确；SiC的成键和结

构与金刚石类似均为共价晶体，金刚石的硬度很大，类比可推测SiC的硬度会

很大,B正确;SiH4中Si的化合价为-4价，C的非金属性强于Si,贝)C的氧

化性强于Si,则Si的阴离子的还原性强于C的阴离子，则SiR的还原性较强,

C错误；Si原子的半径大于C原子，在形成化学键时P轨道很难相互重叠形成兀

键，故Si原子间难形成双键，D正确。

2.三氯氢硅(SiHCL)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：

(DSiHCL在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO”。

等，写出该反应的化学方程式O

(2)SiHCh在催化剂作用下发生反应：

1

2SiHC13(g)=SiH2C12(g)+SiCl4(g)AHi=48kJ-mol-

1

3SiH2Cl2(g)=SiH4(g)+2SiHCl3(g)AH2=-30kJ-mol-

则反应4SiHCl3(g)=SiH4(g)+3SiCk(g)的AH为kJ.mol-'

(3)对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树

脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343K时反应的平衡转化率a=%0平衡常数K343K=(保留2

位小数)。

②在343K下：要提高SiHCb转化率，可采取的措施是_______；要缩短反应

达到平衡的时间，可采取的措施有O

【解析】(DSiHCL遇潮气时发烟生成(HSiO)2。,即SiHCL遇H2O发生水解反应

(无元素化合价改变),故反应为2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HC1

1

(2)结合两个反应2SiHCb(g)==SiH2cb(g)+SiCl4(g)AHi=48kJ-mor

1

3SiH2C12(g)=SiH4(g)+2SiHCl3(g)AH2=-30kJ-mol-

可得反应4SiHCl3(g)=SiH4(g)+3SiCL(g)的AH=3AH]+AH2=[3x48+

(-30)]kJ-mol-^114kJ-mol-1

⑶①2SiHCb(g)==SiH2cb(g)+SiCl4(g),该反应为吸热反应,343K时的平衡转

化率比323K时要高，所以a=22%

2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

起始浓度c00

改变浓度0.22c0.11c0.11c

平衡浓度0.78c0.11c0.11c

O.llcxO.llc

平衡常数K343K二-0.02

(0.78c)2

②在343K下：要提高SiHCL转化率，可采取的措施是及时移去产物等；要缩

短反应达到平衡的时间，可采取加压、增大反应物浓度、使用催化剂等加快化

学反应速率的措施。

答案：(l)2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HC1

(2)114(3)①220.02②及时移去产物使用催化剂增大反应物压强(合理

即可)

、模块衔接,知谓串聚/一期事知融会的

典例•精研析

【典例】(2019.天津高考节选)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅

制备多晶硅的简易过程。

多晶

干燥硅

粗HCI

合TsiHChl

硅300℃