NaBH 4 是常见的还原剂和重要的储氢载体,能与水较缓慢地反应生成 NaBO 2 ,且反应前后 B 的化合价不变,硼氢化钠在酸性条件下会快速分解生成 H 3 BO 3 并释放氢气。在强碱性条件下,常用 NaBH 4 处理含 Au 3+ 的废液生成单质 Au ,已知反应后硼元素以 BO 形式存在,反应前后硼元素化合价不变,且无气体生成。
制备方法:
A .用偏硼酸钠 (NaBO 2 ) 、石英砂 (SiO 2 ) 、金属钠和氢气在一定条件下反应,生成硼氢化钠和硅酸钠。
B .用无水硼砂 (Na 2 B 4 O 7 ) 和石英砂在高温熔融下反应,后与金属钠和氢气在 450 ~ 500 ℃ 和 (3.04 ~ 5.07)×10 5 Pa 条件下反应,生成硼氢化钠和硅酸钠。
上面对 NaBH 4 的介绍中涉及的化学反应如下:
①NaBH 4 +2H 2 O=NaBO 2 +4H 2 ↑
②3H 2 O+NaBH 4 +HCl=NaCl+H 3 BO 3 +4H 2 ↑
③24OH - +3 BH +8Au 3+ =8Au↓+3BO +18H 2 O
④NaBO 2 +2SiO 2 +4Na+2H 2 =NaBH 4 +2Na 2 SiO 3
⑤Na 2 B 4 O 7 +16Na+8H 2 +7SiO 2 4NaBH 4 +7Na 2 SiO 3
(1) 根据题中信息写出 NaBH 4 中 B 、 H 的化合价分别为 _______ 。
(2) 氧化还原反应的实质是电子的得失,从该角度可以把上述反应分为三类:
I.①② 反应为一类,电子的得失发生在 _______ 与 _______ 之间 (×× 价 ×× 元素 ) 。
II.③_______ 失电子,发生 _______ 反应; _______ 得电子发生 _______ 反应。
III.④⑤ 反应的实质是相同的,发生氧化反应的是 _______ ,发生还原反应的是 _______ 。
(3) 用单线桥表达出 ① 、 ⑤ 中电子转移情况 ____ 、 ____ 。
(1)+3 价、 -1 价
(2) -1 价氢元素 +1 价氢元素 BH 氧化 Au 3+ 还原 Na H 2
(3)
【解析】( 1 )
NaBO 2 中 B 是 +3 价,反应前后 B 的化合价不变,所以 NaBH 4 中的 B 仍为 +3 价,则 H 为 -1 价。
( 2 )
Ⅰ. 通过反应前后的元素化合价变化可以看出反应 ①② 的实质是相同的,都是 NaBH 4 中 -1 价氢元素与 H 2 O( 或 HCl) 中 +1 价氢元素之间发生了电子的得失;
Ⅱ.③ 中 BH 中 -1 价的氢元素失去电子,化合价升高,发生氧化反应; Au 3+ 得电子,化合价降低,发生还原反应;
Ⅲ.④⑤ 反应的实质都是在金属 Na 与 H 2 之间发生氧化还原反应, Na 失电子发生氧化反应, H 2 得电子发生还原反应;
( 3 )
①NaBH 4 +2H 2 O=NaBO 2 +4H 2 ↑ 中, BH 中 -1 价的氢元素失去电子,化合价升高,发生氧化反应; H 2 O 中的 +1 价的 H 得到电子,化合价降低,发生还原反应,用单线桥表示电子转移的数目如下: ;
⑤Na 2 B 4 O 7 +16Na+8H 2 +7SiO 2 4NaBH 4 +7Na 2 SiO 3 中 Na 化合价升高,失去电子, H 2 中 H 元素化合价降低得到电子,利用单线桥可表示如下: 。
氧化还原反应:
有电子转移(得失或偏移)的反应;(无电子转移(得失或偏移)的反应为非氧化还原反应)
反应历程:
氧化还原反应前后,元素的氧化数发生变化。根据氧化数的升高或降低,可以将氧化还原反应拆分成两个半反应:氧化数升高的半反应,称为氧化反应;氧化数降低的反应,称为还原反应。氧化反应与还原反应是相互依存的,不能独立存在,它们共同组成氧化还原反应。
有电子转移(得失或偏移)的反应;(无电子转移(得失或偏移)的反应为非氧化还原反应)
电子的得失过程:
其过程用核外电子排布变化情况可表示为:
氧化还原反应中存在以下一般规律:
强弱律:氧化性:氧化剂>氧化产物;
还原性:还原剂>还原产物。
价态律:元素处于最高价态,只具有氧化性;元素处于最低价态,只具有还原性;处于中间价态,既具氧化性,又具有还原性。
转化律:同种元素不同价态间发生归中反应时,元素的氧化数只接近而不交叉,最多达到同种价态。
优先律:对于同一氧化剂,当存在多种还原剂时,通常先和还原性最强的还原剂反应。守恒律:氧化剂得到电子的数目等于还原剂失去电子的数目。
氧化还原性的强弱判定:
物质的氧化性是指物质得电子的能力,还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力(与得失电子的数量无关)。从方程式与元素性质的角度,氧化性与还原性的有无与强弱可用以下几点判定:
(1)从元素所处的价态考虑,可初步分析物质所具备的性质(无法分析其强弱)。最高价态——只有氧化性,如H2SO4、KMnO4中的S、Mn元素;最低价态,只有还原性,如Cl-、S2-等;中间价态——既有氧化性又有还原性,如Fe、S、SO2等。
(2)根据氧化还原的方向判断:氧化性:氧化剂>氧化产物;还原性:还原剂>还原产物。
(3)根据反应条件判断:当不同的氧化剂与同一种还原剂反应时,如氧化产物中元素的价态相同,可根据反应条件的高、低进行判断,如是否需要加热,是否需要酸性条件,浓度大小等等。
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