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硼酸盐的性质及应用? 1

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除ⅠA族金属元素以外,大部分金属的硼酸盐不溶于水。与硅酸盐类似,多硼酸盐在加热时容易玻璃化。

最常见的硼酸盐是硼砂。硼砂是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。它的晶体中,[B4O5(OH)4]2-离子通过氢键连接成链状结构,链与链之间通过Na+离子以离子键结合,水分子存在于链之间。因此,硼砂的分子式按结构应写为Na2B4O5(OH)4·8H2O。

工业上,通过浓碱溶液分解硼镁矿可以得到偏硼酸钠,然后在较浓的偏硼酸钠溶液中通入CO2,以降低溶液的pH值,通过结晶分离,即可得到硼砂。

Mg2B2O5·H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2↓

4NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O5(OH)4·8H2O+Na2CO3


硼砂在干燥空气中容易风化。加热到623~673K时,成为无水盐,继续升温至1151K则熔为玻璃状物。它风化时首先失去链之间的结晶水。温度升高,则链与链之间的氢键因失水而被破坏,形成牢固的偏硼酸骨架。

硼砂和B2O3一样,在熔融状态下可以溶解一些金属氧化物,并因金属的不同而呈现出特征的颜色(硼酸也具有此性质)。例如:

Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2

因此,在分析化学中可以使用硼砂进行“硼砂珠试验”,以鉴定金属离子。这一性质也被应用于搪瓷和玻璃工业(上釉、着色并酎高温)以及焊接金属(去除金属表面的氧化物)。硼砂还可以代替B2O3用于制造特种光学玻璃和人造宝石。


硼酸盐中的B—O—B键不如硅酸盐中的Si—O—Si键牢固,因此硼砂较易水解。它水解时,生成等摩尔的H3BO3和B(OH)4-。

B4O5(OH)42-+5H2O=2H3BO3+2B(OH)4-

这种水溶液具有缓冲作用。由于硼砂易于提纯,水溶液又具有明显的性质,因此在分析化学中常用它来标定酸的浓度。硼砂还可以作为肥皂和洗衣粉的填料。

将硼酸盐与H2O2反应或让H3BO3与碱金属的过氧化物反应,都可以得到过硼酸盐。例如:

H3BO3+Na2O2+HCl+2H2O=NaBO3·4H2O+NaCl

过硼酸钠NaBO3·4H2O是一种强氧化剂,水解时放出H2O2,可用于漂白羊毛、丝、革和象牙等物品,或加入洗衣粉中。其分子结构尚未完全明确,但可以看作是含有H2O2的水合物NaBO2·H2O2·3H2O。它是无色晶体,加热失水后成为黄色固体。

将硼砂与NH4Cl一同加热,然后用盐酸和热水处理,可以得到白色固体氮化硼BN。

Na2B4O7+2NH4Cl=2NaCl+B2O3+2BN+4H2O

BN具有良好的热稳定性,即使在3273K的高温下仍保持稳定的固体状态。它具有高导热率、高电阻和良好的绝缘性能。目前主要用作润滑材料、耐磨材料、电气和耐热涂层材料。

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