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3-3 硼
1．硼单质
硼(B)的化学性质与 Si 有某些相似之处(对角线相似原则)，通常呈现+3 氧化数，负氧化数的情况很少
见。B₂O₃ 是酸性氧化物，硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而Al H 3是固态的。在自然界中，硼以
硼砂( (N a2B4O7⋅10 H 2O)、、四水硼砂( (N a2B4O7⋅4 H 2O)、天然硼酸(H3BO3)的形式存在。
硼在自然界中丰度之所以低，是因为
❑5
10 B+0
1n→2
4 He+3
7 Li
所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。单质硼有多种复杂的晶体结构，其中，最普通的一
种是α-菱形硼，其结构如图所示，基本结构单元为正二十面体的对称几何构型，然后由 B12的这种二十面
体排布起来组成六方晶系的α-菱形硼。
2．硼烷
硼烷是缺电子化合物，例如，B2H6 中价电子总共只有12 个，不足以形成7 个二中心二电子单键
(2c-2e)，B 原子采取sp³ 杂化，位于一个平面的 BH2原子团以二中心二电子键连接，位于该平面上、下且对
称的H 原子与硼原子分别形成三中心二电子键，称为氢桥键。其分子结构如图3.4 所示。
硼烷可作为火箭燃料：
B2 H 6(g)+3O2(g)= B2O3(g)+3 H 2O(l),△c H m
⊖=-2152.5kJ·mol-1
乙硼烷(B₂H₆)理应是理想的火箭燃料，但由于硼烷有很高的毒性，且贮存条件苛刻(易燃且易水解)，
只好暂时放弃。
硼烷作为一种万能还原剂在有机化学上被广泛使用。可以用于制备聚合物，其在高温下稳定，低
温下保持黏度不变。硼烷化合物与蛋白质结合，可用于肿瘤治疗。
乙硼烷的制备方法主要包括以下 3 种：
（1）质子置换法：
MnB+3 H
+= 1
2 B2 H 6+ M n
3+
（2）氢化法:
BC l3+3 H 2= 1
2 B2 H 6+3 HCl
（3）氢负离子置换法：
3．硼的含氧化合物
（1）B2O3
B2O3易溶于水，可用作吸水剂：
B2O3+3 H 2O =2 H 3 BO3
熔融的B2O3可与金属氧化物反应得到特征颜色：
CuO+ B2O3=Cu(BO2)4(蓝色)
NiO+ B2O3=∋(BO2)2(绿色)
B2O3与NH3反应，在500℃时生成(BN)n,其结构与石墨相似。
（2）H3BO3
H3BO3为一元弱酸，呈片状晶体结构，OH ⁻间以氢键连接。在冷水中溶解度小，在热水中因部分
氢键断裂而使溶解度增大。
B (OH )3+ H 2O = B (OH )4
-+ H
+
H3BO3与碱反应时，有
2 NaOH + 4 H 3 BO3= N a2B4O7+7 H 2O
过量 NaOH 使 Na2B4O7变成NaBO2
N a2B4O7+2 NaOH = 4 NaBO2+ H 2O
H3BO3的酸性可通过加入甘油或甘露醇等多元醇而大大增强：
【典例1】
【审题要点】
1．（25-26 高三上·北京东城·期末）某盐湖卤水中含Na+、
Mg2+、Li+、Cl-、[B(OH)4]-等。一种综合利用流程示意图
如下。
（1）脱硼时[B(OH)4]-转化为H3BO3的离子方程式是
___________。
（2）H3BO3在水中的溶解度随温度升高而显著增大。补全重
结晶的步骤：加热溶解、___________(补全操作)、过
滤、洗涤、干燥。
（3）由浓缩液制备高纯Li2CO3流程示意图如下。
本题以盐湖卤水中提取锂和硼为背
景，给出了包含 Na⁺、Mg²⁺、Li⁺、Cl⁻、
[B(OH)₄]⁻ 的原料组成及完整的工艺流程
图。流程包括：加盐酸脱硼得到粗硼酸，
脱水浓缩后依次用石灰乳沉镁、碳酸钠沉
钙、碳酸钠沉锂，再将碳酸锂转化为碳酸
氢锂溶液进行电解，最后用碳酸氢铵制备
高纯碳酸锂。题干提供了硼酸溶解度随温
度升高而显著增大的信息，并附有
Mg(OH)₂、CaCO₃、Li₂CO₃ 的溶度积常数
表。问题涉及离子方程式书写、重结晶操
作步骤、利用 Ksp 计算沉淀条件、电解原
理分析以及试剂过量的原因。审题时需要
重点关注流程中各步骤的物质转化关系、
已知数据的应用场景，以及电解装置中离
子交换膜的作用。
【思路分析】
脱硼离子方程式：卤水中的 [B(OH)₄]⁻
与加入的盐酸反应生成硼酸沉淀，属于
复分解反应，注意硼酸是弱酸但难溶于
水，离子方程式为 [B(OH)₄]⁻ + H⁺ =
已知：
化学式
Ksp(25℃)
①沉镁反应的离子方程式是___________。
②沉钙时，当c(Ca2+)＜1×10-5mol/L，可认为其沉淀完全。溶液
2 中，若c(Li+)=2 mol/L，则
的范围是
___________～___________mol/L。
（4）电解LiHCO3溶液原理示意图如下。
结合电极反应式解释，电解过程中LiOH 溶液浓度增大的原
因：___________。
（5）电解后，向浓LiOH 溶液中加入过量NH4HCO3溶液并加
热，过滤后直接烘干即可制得高纯Li2CO3.为确保Li2CO3纯
度，NH4HCO3必须过量，原因是___________。
H₃BO₃↓ + H₂O。
重结晶操作：由于硼酸溶解度随温度升
高显著增大，重结晶时应先加热溶解，
再趁热过滤除去不溶性杂质，然后冷却
结晶使硼酸析出，最后过滤、洗涤、干
燥。因此补全的操作为“趁热过滤，冷
却结晶”。
沉镁反应：加入石灰乳（Ca(OH)₂ 悬浊
液）与 Mg²⁺ 反应生成 Mg(OH)₂ 沉
淀，由于石灰乳以固体形式存在，离子
方程式应写为 Ca(OH)₂(s) + Mg²⁺(aq) ⇌
Mg(OH)₂(s) + Ca²⁺(aq)，体现固体参与反
应。
沉钙时 CO₃²⁻ 浓度范围：要求 Ca²⁺ 沉
淀完全（c(Ca²⁺) < 1×10⁻⁵ mol/L）且 Li⁺
不沉淀。根据 Ksp(CaCO₃) =
c(Ca²⁺)·c(CO₃²⁻)，可得使 Ca²⁺ 沉淀完
全所需的最小 c(CO₃²⁻) = Ksp(CaCO₃) /
1×10⁻⁵ = 2.5×10⁻⁹ / 10⁻⁵ = 2.5×10⁻⁴ mol/L。
同时，为防止 Li₂CO₃ 沉淀，c(CO₃²⁻)
必须小于使 Li₂CO₃ 开始沉淀的浓度，
由
Ksp(Li₂CO₃)=c²(Li⁺)·c(CO₃²⁻)
得
c(CO₃²⁻) = Ksp(Li₂CO₃) / (2²) = 3.2×10⁻2 / 4
= 8×10⁻³ mol/L，思路是利用溶度积计算
两个临界值，得出范围。
电解 LiHCO₃ 溶液：电解池中阴极发
生还原反应：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻，
阳极发生氧化反应：2H₂O - 4e⁻ = O₂↑ +
4H⁺。Li⁺ 通过阳离子交换膜从阳极区
移向阴极区，与阴极生成的 OH⁻ 结合
成 LiOH，因此阴极区 LiOH 浓度增
大。
NH₄HCO₃ 过量的原因：为确保 LiOH
完全转化为 Li₂CO₃，需要加入过量
NH₄HCO₃；同时过量的 NH₄HCO₃ 在加
热条件下分解为 NH₃、CO₂ 和水，烘
干时易除去，不会引入新杂质，从而保
证产品纯度。
【典例2】
【审题要点】
2．（25-26 高三上·福建莆田·开学考试）硼酸(
)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
、
及少量
、
)
为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）在95℃“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_______。
（3）
是一元弱酸，其中B 原子缺电子，据此写出
与水反应的离子方程式：_______。在“过滤2”
前，将溶液pH 调节至3.5，目的是_______。
（4）在“沉镁”中生成
沉淀的离子方程式为
_______。
（5）某工厂用六水合氯化镁和粗石灰制取的氢氧化镁中含有少
量氢氧化铁杂质，通过如下流程进行提纯精制，获得阻燃
剂氢氧化镁。
①
可以作阻燃剂的原因是_______。
②更易与
配合生成可溶性化合物的是_______(填“
”或“
”)
本题以硼镁矿（含 Mg₂B₂O₅·H₂O 、
SiO₂ 及少量 Fe₂O₃、Al₂O₃）为原料，生产
硼酸和轻质氧化镁。流程包括：硫酸铵溶
液高温溶浸，产生的氨气用碳酸氢铵吸收
得到碳酸铵；过滤得滤渣1（主要为不溶
物）；滤液调节 pH 析出硼酸；再调节 pH
后用碳酸铵沉镁得到碱式碳酸镁，最后煅
烧得轻质氧化镁。题目还提供了硼酸为一
元弱酸、B 原子缺电子的信息，以及后续
关于氢氧化镁提纯的附加流程。问题涉及
气体吸收反应、滤渣成分、硼酸与水反应
的离子方程式及调 pH 目的、沉镁离子方
程式、阻燃剂原理和配合物选择性。审题
时需注意硼酸的两性？实际是缺电子特
性，以及流程中 pH 调节对物质存在形式
的影响。
【思路分析】
气体吸收反应：溶浸产生的气体为
NH₃ ，用 NH₄HCO₃ 吸收生成
(NH₄)₂CO₃ ，化学方程式为 NH₃ +
NH₄HCO₃ = (NH₄)₂CO₃。
滤渣1 成分：硼镁矿中的 SiO₂ 不溶于
硫酸铵溶液，Fe₂O₃ 和 Al₂O₃ 也基本不
反应，因此滤渣1 主要为 SiO₂、Fe₂O₃
和 Al₂O₃。
硼酸与水反应及调 pH 目的：硼酸中
B 原子缺电子，能结合水中的 OH⁻ 形
成 [B(OH)₄]⁻ 并释放 H⁺，离子方程式
为 H₃BO₃ + H₂O ⇌ [B(OH)₄]⁻ + H⁺。
调 pH 至 3.5 的目的是使硼元素以
H₃BO₃ 形式存在（抑制电离），从而降
低其溶解度，促进结晶析出。
沉镁离子方程式：滤液中的 Mg²⁺ 与加
入的 (NH₄)₂CO₃ 反应生成碱式碳酸镁
沉淀，常见组成为 Mg₂(OH)₂CO₃（即
MgCO₃·Mg(OH)₂·H₂O
可
视
为
Mg₂(OH)₂CO₃·H₂O），反应中同时生成
CO₂ ，离子方程式可写为 2Mg²⁺ +
2CO₃²⁻ + H₂O = Mg₂(OH)₂CO₃↓ + CO₂↑
（或根据实际组成调整）。
阻燃剂原理：Mg(OH)₂ 受热分解吸
热，可降低温度；分解生成的 MgO 覆
盖在材料表面隔绝氧气；同时释放的水
蒸气稀释可燃气体，从而起到阻燃作
用。
配合物选择性：在提纯氢氧化镁的流程
中，加入 EDTA 浸泡后，Fe²⁺ 更易与
EDTA 形成可溶性配合物，促使
Fe(OH)₂ 溶解，而 Mg(OH)₂ 不溶，因
此更易与 EDTA 配合的是 Fe²⁺。
1．（25-26 高二上·上海·期末）工业冶炼硼的流程如下图：
已知：硼酸(
)的溶解度：
温度/℃
0
10
20
30
40
80
溶解度/g
2.77
3.65
4.87
6.77
8.90
23.54
（1）操作1 是_______、_______、过滤、_______，干燥。检验
是否洗涤干净的操作为
_______。
（2）整个流程中可循环利用的物质是_______。
（3）硼酸是一元弱酸，
和
的某些性质相似，类比
的酸式电离写出硼酸的电离方程式：
_______。电离出的负离子的化学键类型有_______。
A．离子键 B．共价键 C．配位键 D．氢键
（4）室温时测得
硼酸溶液的
，则该条件下硼酸的电离度
_______。
（5）试从微粒间作用力的角度解释加热后硼酸的溶解度增大的主要原因：_______。
2．（24-25 高一下·广东广州·期末）化学是人类利用自然资源和应对环境问题的重要科学依据。制取金
属或非金属单质的化学原理，主要是利用氧化还原反应，使元素由化合态转变为游离态。
Ⅰ．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知：硼砂通常指四硼酸钠的十水合物，化学式为
。利用硼镁矿(主要成分为
)制取金属镁及粗硼的工艺流程为：
请回答下列问题：
（1）硼砂中硼元素的化合价为___________，为提高加入
浓溶液的反应速率，可采取的措施有
___________。
（2）①将硼砂溶于热水后，用
调节溶液的
为2~3 以制取
，该反应的离子方程为
___________；②得到的
晶体进入下一环节前需要洗涤干净，证明其被沉淀洗涤干净的操作
方法是___________。
（3）X 为
晶体加热脱水的产物，其与
制取粗硼的化学方程式为___________。
（4）滤渣的主要成分为___________(填化学式)。
（5）已知无水
在熔融状态下通电后产生
和
。若生产
的
单质，同时产生标准状况
下的
体积为___________
。
