Главная подгуппа третьей группы

6.1. Бор и его соединения

Бор как химический элемент и простое вещество. Бороводородные соединения, борный ангидрид, борные кислоты и соли борных кислот. Соединения бора с галогенами, серой, азотом и металлами. Применение бора и его соединений.

911. Исходя из положения бора в Периодической системе и строения его атомов, объясните валентные возможности и координационные числа этого элемента, его металлические и неметаллические свойства. Почему максимальная электронная валентность бора равна четырём? Приведите примеры соединений бора, в которых его электронная валентность равна четырём, стехиометрическая валентность – трём, а степень окисления – +3.

912. Бор в природе состоит из двух изотопов: с массовым числом 10 (19,57 %) и 11 (80,43 %). Вычислите атомную массу бора. Изотоп бора с массовым числом 10 поглощает нейтроны. При поглощении нейтрона бор испускает a-частицу и превращается в один из изотопов лития. Напишите уравнение этой ядерной реакции и объясните её практическое значение.

913. В парообразном состоянии бора обнаружены двухатомные молекулы B₂. Объясните их существование методом молекулярных орбиталей, определите кратность связи в этой молекуле и её магнитные свойства. Почему при конденсации пара молекулярный бор превращается в кристаллический?

914. Опишите строение и свойства бора – простого вещества, его отношение к металлам и неметаллам, щелочам, кислотам, воде. Ответ иллюструйте уравнениями реакций.

915. Бор взаимодействует с кислородом воздуха, водяным паром и серой при нагревании выше 700 ºС. Выше 1200 ºС бор взаимодействует с азотом, фосфором и углеродом. Напишите уравнения реакций и названия образующихся веществ.

916. Бор взаимодействует при нагревании с концентрированными HNO3 и H₂SO₄, царской водкой и смесью концентрированных HNO₃ и HF. Напишите уравнения реакций и названия образующихся продуктов.

917. Бор взаимодействует с щелочами при сплавлении в присутствии кислорода воздуха и окислителей. Он взаимодействует также с расплавленным пероксидом натрия и расплавленной смесью KNO₃ + Na₂CO₃. Напишите уравнения соответствующих реакций.

918. Объясните образование бором комплексных соединений и привести 2–3 уравнения реакций, в которых образуются такие соединения. Напишите названия образующихся комплексных соединений.

919. Объясните причины и покажите примерами соединений и уравнений реакций диагональное сходство бора и кремния.

920. Бор образует с водородом два гомологических ряда соединений. Какое общее название имеют эти соединения и каковы их общие формулы? Какое из этих соединений имеет название диборан? Опишите химическую связь в этом соединении; в чём состоит особенность этой связи?

921. Определите энтальпию реакции сгорания диборана и вычислите теплотворную способность этого соединения. Сравните эту характеристику диборана с теплотворной способностью водорода, метана и ацетилена. Расположите эти топлива в ряд по увеличению теплотворной способности.

922. Вычислите энтальпии реакций сгорания диборана B₂H₆ и его однотипных соединений этана C₂H₆ и силана Si₂H₆. Почему среди этих веществ B₂H₆ можно считать наиболее эффективным топливом?

923. Какая масса борной кислоты, и какой объём водорода, приведённый к н.у., образуются при взаимодействии 10 л диборана с водой?

924. Какой газ и в каком объёме (при н.у.) образуется при взаимодействии 20 л диборана с избытком раствора NaOH? Какое вещество образуется при этом в растворе и чему равна его масса?

925. Опишите состав, строение и свойства оксида бора. Определить энтальпию его образования, исходя из энтальпии образования оксида магния (–601,8 кДж/моль) и термохимического уравнения:

B₂O₃(ам) + 3Mg(к) = 3MgO(к) + 2B(к); ΔHº = –551,4 кДж

926. Опишите состав, строение и свойства оксида бора. Покажите расчётами возможность получения B₂O₃ при взаимодействии бора с термодинамически прочными оксидами: Al₂O₃, SiO₂ и P₄O₁₀.

927. Почему оксид бора не взаимодействует с соляной кислотой, но взаимодействует с водой? Напишите уравнение реакции B₂O₃ с H₂O и вычислите её энергию Гиббса при 27 ºC.

928. Почему оксид бора не взаимодействует с соляной кислотой, но взаимодействует с фтороводородной кислотой? Напишите уравнение реакции B₂O₃ с HF и название образующегося вещества.

929. Оксид бора взаимодействует с растворами щелочей с образованием тетраборатов, а при сплавлении со щелочами и оксидами щелочных металлов образуются метабораты. Напишите уравнения реакций:

B₂O₃ + KOH(раствор) = B₂O₃ + KOH(расплав) = B₂O₃ + Na₂O(расплав) =

930. Бор получают из оксида бора, восстанавливая его магнием. Почему не используются более дешёвые восстановители: углерод, водород или алюминий? Ответ обоснуйте термодинамическими расчётами.

931. Борная кислота – твёрдое бесцветное кристаллическое вещество. Её коэффициент растворимости в воде равен 4,9 (20 ºС) и 39,7 (100 ºС). Вычислите массовую долю её насыщенных растворов при 20 ºС и при 100 ºС. Вычислите молярную концентрацию насыщенного раствора при 20 ^оС, принимая его плотность равной плотности воды.

932. Какое из определений применимо к ортоборной кислоте: 1) растворимая, 2) малорастворимая, 3) нерастворимая, 4) сильная, 5) слабая, 6) одноосновная, 7) двухосновная, 8) многоосновная, 9) не диссоциирует, 10) диссоциирует в одну ступень, 11) диссоциирует в три ступени, 12) окислитель, 13) восстановитель, 14) амфотерное соединение?

933. Почему формулу ортоборной кислоты часто записывают в виде B(OH)₃? Какое взаимодействие H₃BO₃ с водой является причиной кислотности её раствора?

934. При нейтрализации ортоборной кислоты щелочами образуются тетрабораты или метабораты (в зависимости от соотношения реагентов). Напишите уравнения реакций и объясните, почему невозможно образование ортоборатов?

935. Борсодержащими солями являются метабораты, например NaBO₂ и тетрабораты, например Na₂B₄O₇. Какие кислоты можно получить из этих солей? Напишите уравнения соответствующих реакций. Вычислите массу ортоборной кислоты, образующейся из 1 кг буры Na₂B₄O₇ž10H₂O при её взаимодействии с раствором серной кислоты.

936. Вычислите массу ортоборной кислоты и объём раствора карбоната натрия (w = 10 %, r = 1102 кг/м³), необходимых для получения 1,54 кг буры.

937. Вычислите массы оксида бора и соды, необходимых для получения методом сплавления 10 кг безводного тетрабората натрия.

938. В 814 мл воды растворили 191 г буры. Чему равна массовая доля тетрабората натрия в полученном растворе?

939. При прокаливании буры в присутствии солей хрома, марганца и других металлов образуются метаборат натрия и B₂O₃. Оксид бора, взаимодействуя с солями, образует окрашенные стеклообразные метабораты – «перлы буры». Напишите уравнения стадий и суммарные уравнения реакций, протекающих при прокаливании буры в присутствии сульфатов марганца (II) и хрома (III).

940. Расплавленная бура взаимодействует с оксидами металлов, удаляя их с поверхности металлов, поэтому её используют в качестве флюса при пайке металлов. Напишите уравнения реакций расплавленной буры с оксидами меди (II) и железа (III).

941. Как можно получить фторид бора BF₃ и тетрафтороборат кальция Ca(BF₄)₂ при наличии оксида бора, фторида кальция и серной кислоты? Напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения.

942. Для получения трифторида бора смесь оксида бора с фторидом кальция обрабатывают серной кислотой при нагревании. Какие массы B₂O₃, CaF₂ и 96%-ной H₂SO₄ требуются для получения 44,8 л BF₃ (н.у.)?

943. Для получения хлорида бора BCl₃ смесь оксида бора с углеродом нагревают в атмосфере хлора. Чему будут равны объёмы (после приведения к н.у.) полученных газообразных веществ (при 100%-м выходе), если для реакции взято 60 г B₂O₃, 36 г углерода и 67,2 л (н.у.) хлора?

944. Опишите образование химической связи молекулах BF₃, BCl₃ и в ионаеBF₄^– и их строение. Почему не существуют ионы BCl₄^–?

945. Почему молекула BF₃ может присоединять к себе другие молекулы или ионы, например молекулы H₂O, NH₃ или ионы F^–? Почему невозможно присоединение молекул CH₄ или SiH₄? Какое строение имеют молекулы BF₃žNH₃ и как можно назвать это соединение?

946. Галогениды бора активно взаимодействуют с водой. Напишите уравнения гидролиза BF₃ и BCl₃. Чем различаются уравнения их гидролиза? Сравните с гидролизом SiF₄ и SiCl₄.

947. Почему хлорид бора дымит на воздухе и почему плотность дыма увеличивается в атмосфере аммиака?

948. Объясните закономерности изменения характеристик в ряду галогенидов бора:

Формула галогенида	BF3	BCl3	BBr3	BI3
Энергия связи В–Гал, кДж/моль	635,4	434,7	405,5	351
DHºf, кДж/моль	–1137,0	–427,1	–240	–37,2
Tпл, ºС	–128	–107	–46	49,9
Tкип, ºС	–100	12,5	89,8	209,5

949. При нагревании бора в парах серы образуется сульфид бора, который взаимодействует с водой, с сульфидом калия (или натрия) и с HNO₃. Напишите уравнения соответствующих реакций.

950. Какой состав, строение, свойства и практическое значение имеет соединение, которое в технике называют эльбор, кубонит и боразон? Почему твёрдость этого соединения почти не уступает твёрдости алмаза? Как получают это соединение и при каких условиях оно взаимодействует с фтором, фтороводородной кислотой, кислородом, щелочами? Напишите уравнения реакций и укажите условия их проведения.

951. Какой состав, строение, свойства и практическое значение имеют карбид бора и соединения бора с металлами – бориды?

952. Какое соединение называется боразолом и почему его строение и физические свойства очень близки бензолу? Имеется ли сходство в химических свойствах этих соединений?

953. Напишите уравнения реакций получения борнометилового и борноэтилового эфиров и их структурные формулы. Какое практическое значение имеют эти соединения? Какие продукты образуются при их горении?

954. С какой целью в стекло вводится бор? Выразите состав борсодержащего стекла «пирекс»» мольным соотношением оксидов, если их массовые доли следующие: оксид кремния (ІV) – 80,67 %; оксид бора – 12,55 %; оксид натрия – 4,45 %; оксид алюминия – 1,83 %; оксид кальция – 0,50 %.

955. Амфотерные свойства бора проявляются в существовании таких соединений как ортофосфат бора, перхлорат бора, гидросульфат бора и ацетат бора. Напишите формулы этих соединений. Чем отличаются эти солеобразные соединения от солей типичных металлов?

956. Напишите уравнения реакций с участием бора и его соединений:

1) B + KOH + H₂O₂ = 4) B₂O₃ + C + Cl₂ =

2) B₂H₆ + Cl₂ = 5) Na[BH₄] + H₂SO₄(разб) =

3) B₂H₆ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ = 6) K[BF₄] + Na =

957. Напишите уравнения реакций: 1) азотная кислота вводится в разбавленный раствор буры; 2) трифторид бора пропускается через раствор карбоната натрия; 3) прокаливается смесь оксида бора, фторида кальция и ортофосфорной кислоты.

958. Напишите названия соединений: B₄H₁₀, FeB, NaBH₄, K₂B₄O₇, Ba(BO₂)₂. Напишите формулы соединений: фтороборная кислота, трихлорборазин, пероксоборат натрия, метафосфат борила.

959. Тетрагидрат пероксобората натрия NaBO₃·4H₂O получают окислением смеси растворов буры и NaOH пероксидом водорода. Вычислите массу буры, объём 30%-ного раствора NaOH (r = 1,33) и объём 3%-го раствора Н₂О₂ (r » 1), которые необходимы для получения 1 кг этого вещества. Напишите структурную формулу безводного пероксобората натрия.

960. При получении бора из буры проводятся реакции: 1) получение ортоборной кислоты из буры; 2) получение оксида бора из ортоборной кислоты; 3) магнийтермическое восстановление B₂O₃; 4) обработка полученного продукта соляной кислотой для удаления MgO; 5) обработка фтороводородной кислотой с целью удаления невосстановленного оксида бора. Напишите уравнения этих реакций.