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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___________。
【答案】（1）[B(OH)4]-+H+=H3BO3↓+H2O
（2）趁热过滤，冷却结晶
（3） Ca(OH)2(s)+Mg2+(aq)
Mg(OH)2(s)+Ca2+(aq)
2.5×10-4 8×10-3
（4）阴极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，电解过程中Li+从阳
极通过Li+离子交换膜进入阴极溶液，因此LiOH 浓度增大
（5）确保LiOH 完全转化为Li2CO3，无剩余；加热条件下，
NH4HCO3会分解氨气、二氧化碳和水，烘干时易除去，不
会引入新杂质
【解析】本题为工艺流程题，向某含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、
[B(OH)4]-等的盐湖卤水中加入盐酸进行脱硼处理，过滤得
到粗硼酸晶体和脱硼液，对粗硼酸进行重结晶处理可获得
高纯H3BO3，将脱硼液进行脱水浓缩得到浓缩液，向浓缩
液中加入石灰乳进行沉镁，过滤得到溶液1 和沉淀
1Mg(OH)2、Ca(OH)2，向溶液1 中加入Na2CO3进行沉钙出
来，过滤得到溶液2 和沉淀2CaCO3，向溶液2 中加入饱和
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
Na2CO3溶液进行沉锂，过滤得到粗Li2CO3沉淀，将Li2CO3
沉淀转化为LiHCO3溶液，电解LiHCO3溶液得到LiOH，
LiOH 溶液和CO2反应获得高纯Li2CO3，据此分析解题。
（1）脱硼时[B(OH)4]-和盐酸发生反应，生成H3BO3和H2O，
[B(OH)4]-+H+=H3BO3↓+H2O；
（2）因为杂质是难溶性物质，而H3BO3在水中的溶解度随温度
升高而显著增大，故趁热过滤，除去不溶性杂质后，冷却
结晶，使H3BO3析出，故答案为：趁热过滤，冷却结晶；
（3）①Ca(OH)2浊液和Mg2+反应生成Mg(OH)2，离子方程式：
Ca(OH)2(s)+Mg2+(aq)
Mg(OH)2(s)+Ca2+(aq)；
②当钙离子恰好沉淀完全时，c(Ca2+)=1×10-5mol/L，由
Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)c(
)得c(
)=
=
mol/L=2.5×10-4mol/L，根据题意，Li2CO3不能沉
淀，由Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)c(
)得c(
)=
=
mol/L=8×10-3mol/L，所以c(
)的范围：
2.5×10-4mol/L～8×10-3mol/L，故答案为：2.5×10-4；8×10-3；
（4）电解LiHCO3溶液是水的电解，阴极反应式为2H2O+2e-
=H2↑+2OH-，电解过程中Li+从阳极通过Li+离子交换膜进入
阴极溶液，与阴极生成的OH-形成LiOH，因此LiOH 浓度
增大；
（5）加入过量的NH4HCO3，为了确保LiOH 完全转化为
Li2CO3，无剩余；加热条件下，NH4HCO3会分解氨气、二
氧化碳和水，烘干时易除去，不会引入新杂质，故答案
为：确保LiOH 完全转化为Li2CO3，无剩余；加热条件
下，NH4HCO3会分解氨气、二氧化碳和水，烘干时易除
去，不会引入新杂质。
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：
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
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“
”)
【答案】（1）
（2）SiO2、Fe2O3、Al2O3
（3）
将硼元素转化
生成H3BO3，促进其析出
（4）
（5） Mg(OH)2分解是吸热反应，可起到降温作用，分解
生成的MgO 可形成覆盖层而隔绝氧气，且分解释放出的水
蒸气可稀释周围氧气浓度
【解析】硼镁矿(含Mg2B2O5•H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)加
入硫酸铵溶液，得到气体，根据硼镁矿和硫酸铵化学式
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
知，得到的气体应为NH3，用NH4HCO3吸收NH3得到
(NH4)2CO3；过滤得到的滤渣1 应为难溶于硫酸铵溶液的
SiO2、Fe2O3、Al2O3；调节滤液pH=3.5 转化硼元素生成
H3BO3，过滤得到H3BO3，此时滤液中主要含有MgSO4，
调节滤液pH=6.5(可减少后面碳酸铵的消耗量)，向滤液中
加入前面得到的碳酸铵溶液进行沉镁，得到
，加热分解可以得到轻质MgO；母液中
含有(NH4)2SO4，以此解答该题。
（1）结合分析知，“溶浸”产生的气体为氨气，NH4HCO3溶
液吸收氨气的化学方程式为：
。
（2）“滤渣1”的主要成分有SiO2、Fe2O3、Al2O3。
（3）
为一元弱酸，B 原子缺电子，则一个B 原子可以结
合4 个氢氧根离子形成
，与水反应的离子方程式
为
；在“过滤2”前将溶液
pH 调节至3.5，目的是转化硼元素生成H3BO3，并促进其
析出。
（4）滤液中主要含有MgSO4，向滤液中加入碳酸铵发生反应进
行沉镁，得到
，根据电荷守恒和原子守
恒，反应的离子方程式为
。
（5）保险粉Na2S2O4具有还原性，可与Fe(OH)3发生氧化还原
反应生成Fe(OH)2，加入EDTA 浸泡，生成含有亚铁离子的
络合物，过滤可得到Mg(OH)2。
①Mg(OH)2分解是吸热反应，可起到降温作用，分解生成的
MgO 可形成覆盖层而隔绝氧气，且分解释放出的水蒸气可
稀释周围氧气浓度，故可作阻燃剂。
②由流程可知，加入EDTA 浸泡，生成含有亚铁离子的络合
物，说明当不断滴入EDTA 时，Fe2＋更易和EDTA 结合，
促使平衡Fe(OH)2(s)
Fe2+(aq)+2OH-(aq)向右移动，使
Fe(OH)2不断溶解，生成可溶性化合物。
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：_______。
【答案】（1）蒸发浓缩 冷却结晶 冷水洗涤 取最后一次洗涤液，先加盐酸酸化，再加入
溶液，无明显现象，则说明已洗净
（2）
（3）
BC
（4）0.01%
（5）硼酸分子间通过氢键结合，加热时氢键被破坏，有利于硼酸与水形成氢键从而增大溶解度
【解析】二氧化碳与碳酸钠溶液、
反应生成了轻质碳酸镁和
溶液；轻质碳酸镁分
解得到轻质氧化镁，向
溶液加入硫酸后经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤可得到硼
酸晶体，硼酸加热分解得到
，
与镁发生置换反应得到
单质；
（1）操作1 从混合溶液中得到硼酸晶体，由表格数据可知，随温度升高硼酸的溶解度变化较大，则具
体操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冷水洗涤、干燥；溶液中含有
，检验H3BO3晶体是否
洗涤干净，只要检验最后一次洗涤液中是否有
即可，则操作方法为：取最后一次洗涤液，先
加盐酸酸化，再加入
溶液，无明显现象，则说明已洗净；
（2）轻质碳酸镁加热分解为轻质氧化镁时，有
气体生成，而
可以回到流程第一步参与反应，
则整个流程中可循环利用的物质是
；
（3）
的酸式电离方程式为
，类比可写出
的酸式电离
方程式：
；
的结构中存在的化学键有共价键（B-O、O-
H）、配位键（B←OH），不存在离子键，而氢键是分子间作用力，不属于共价键，故选BC；
（4）室温下，
硼酸溶液的
，即
，则该条件下
硼酸的电离度
；
（5）硼酸分子间通过氢键结合，加热时氢键被破坏，有利于硼酸与水形成氢键而溶解度增大，从而使
硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大。
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___________
。
【答案】（1） +3 搅拌、适当升高温度、将硼镁矿粉碎等
（2）
取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加盐酸酸化的BaCl2
溶液，若没有白色沉淀生成，说明洗涤干净
（3）
（4）
（5）11200
【解析】硼镁矿主要成分为
，加入NaOH 浓溶液浸取生成
沉淀和含NaBO2的溶
液，过滤出
沉淀经过蒸发结晶，在HCl 气流中干燥得到MgCl2晶体，再通过电解制取镁单
质，对含NaBO2的溶液进行酸化、分离提纯等操作得到B2O3，再与Mg 高温下反应生成粗硼；
（1）硼砂化学式为
，其中钠元素为+1 价，氧元素为-2 价，根据化合物中元素化合价代
数和为0 计算硼元素的化合价为+3 价；加入NaOH 浓溶液的作用是碱浸，提高加入NaOH 浓溶液反
应速率的措施有：将硼硼镁矿粉碎、搅拌、适当升高温度等，故答案为：+3 将硼硼镁矿粉碎（搅
拌或适当升高温度等）；
（2）硼砂化学式为
，用H2SO4调节溶液的pH 为2~3 得到H3BO3，离子方程式为
，检验
晶体是否洗涤干净，实质是检验最后一次洗涤液中是否
含有
，则检验操作方法为：取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若
没有白色沉淀生成，说明洗涤干净，故答案为：
取少量最后一
次洗涤液于试管中，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若没有白色沉淀生成，说明洗涤干净；
（3）X 为
晶体加热脱水的产物，X 为B2O3，与Mg 高温下反应生成粗硼，反应方程式为
，故答案为：
（4）硼镁矿主要成分为
，加入NaOH 浓溶液浸取生成
沉淀和含NaBO2的滤
液，则过滤得到的滤渣为
沉淀，故答案为：
沉淀；
（5）电解熔融MgCl2的反应为
，n(Cl2)=n(Mg)=
，标准状
况是V(Cl2)=n×Vm=500mol×22.4L/mol=11200L，故答案为：11200.
