Question

硼酸（H₃BO₃)大量應(yīng)用于玻璃制造行業(yè)，以硼鎂礦（2MgO•B₂O₃•H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃)為原料生產(chǎn)硼酸的工藝流程如下：

已知：H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃時(shí)的溶解度依次為5.0g、8.7g、14.8g、40.2g。Fe^{3 +}、Al³⁺、Fe^{2 +}和Mg²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3. 2、5.2、9.7和12.4。

（1）由于礦粉中含CaCO₃，“浸取”時(shí)容易產(chǎn)生大量泡沫使物料從反應(yīng)器溢出，故應(yīng)分批加入稀硫酸。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為                           。

（2）“浸出液”顯酸性，含H₃BO₃和Mg²⁺、SO₄^2－，還含有Fe^{3 +}、Fe²⁺、Ca²⁺、Al³⁺等雜質(zhì)。“除雜”時(shí)向浸出液中依次加入適量H₂O₂和MgO，除去的雜質(zhì)離子是         。H₂O₂的作用是                   (用離子方程式表示）。

（3）“浸取”后，采用“熱過(guò)濾”的目的是                           。

（4）“母液”可用于回收硫酸鎂，已知硫酸鎂的溶解度隨溫度變化的曲線如下圖，且溶液的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而升高。為了從“母液”中充分回收MgSO₄•H₂O，應(yīng)采取的措施是將“母液”蒸發(fā)濃縮，                           。

 

 

Answer 1

【答案】

32.（16分）

（1）CaCO₃(粉末)+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑   （3分）

（2）Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺   （3分，每個(gè)1分）

H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O  （3分）

（3）防止溫度下降時(shí)H₃BO₃從溶液中析出（意思相同即可給分。例如：從H₃BO₃溶解度數(shù)據(jù)可知，溫度較高時(shí)，H₃BO₃溶解度較大，不易從溶液中析出。）  （3分）

（4）加壓升溫結(jié)晶   （4分，加壓、升溫結(jié)晶各2分）

【解析】

試題分析：（1）由于硫酸的酸性比碳酸強(qiáng)，則礦粉中的碳酸鈣與加入的稀硫酸能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成硫酸鈣、二氧化碳?xì)怏w和水，即CaCO₃(粉末)+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，粉末狀碳酸鈣及分批加入稀硫酸能加快反應(yīng)速率、防止微溶的硫酸鈣覆蓋在碳酸鈣固體表面阻止反應(yīng)的順利進(jìn)行；根據(jù)流程圖及題意可知，浸取時(shí)2MgO•B₂O₃•H₂O及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃都能溶于稀硫酸，而SiO₂不能溶于稀硫酸；（2）雙氧水是常用的綠色氧化劑，所含氧元素由—1價(jià)降低為—2價(jià)，雜質(zhì)陽(yáng)離子中只有亞鐵離子能被其氧化為鐵離子，即H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；由于鐵離子和鋁離子能夠水解，即Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺、Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺，用稀硫酸浸取及浸出液呈酸性時(shí)，能抑制鐵離子和鋁離子的水解，加入過(guò)氧化氫和氧化鎂時(shí)，能消耗氫離子、生成水且不引入新的雜質(zhì)陽(yáng)離子，即MgO+2H⁺=Mg²⁺+H₂O，減小氫離子濃度，增大溶液pH至3.2時(shí)，促進(jìn)鐵離子水解到底，即亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，鐵離子完全沉淀為氫氧化鐵，增大溶液pH至5.2時(shí)，促進(jìn)鋁離子水街到底，即鋁離子完全沉淀為氫氧化鋁沉淀，因此加入適量過(guò)氧化氫和氧化鎂除去的雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；（3）浸取時(shí)二氧化硅不溶于稀硫酸，浸取反應(yīng)生成硫酸鈣微溶于水，其余物質(zhì)溶解后變?yōu)榕鹚�、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鎂，根據(jù)已知信息，H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃時(shí)的溶解度依次為5.0g、8.7g、14.8g、40.2g，為了除去固液混合物中的二氧化硅和硫酸鈣，且不能損失硼酸，因此應(yīng)選擇硼酸溶解度最大時(shí)的溫度，進(jìn)行趁熱過(guò)濾，防止溫度下降時(shí)H₃BO₃從溶液中析出；（4）除雜時(shí)，所得濾渣的主要成分是氫氧化鐵、氫氧化鋁，而母液的主要成分是硼酸、硫酸鎂；為了從“母液”中充分回收MgSO₄•H₂O，根據(jù)硫酸鎂的溶解度隨溫度變化的曲線的已知信息推斷，若蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到的是MgSO₄•7H₂O晶體，因此應(yīng)該蒸發(fā)濃縮，升溫結(jié)晶；根據(jù)溶液的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而升高的已知條件，為了防止蒸發(fā)時(shí)液體沸騰，影響結(jié)晶，還要加壓結(jié)晶，防止蒸發(fā)濃縮時(shí)溶液沸騰，從而得到MgSO₄•H₂O晶體。

考點(diǎn)：考查物質(zhì)制備化學(xué)工藝流程，涉及硫酸和碳酸的酸性、復(fù)分解反應(yīng)、化學(xué)方程式、混合物分離與提純的除雜試劑及原理、根據(jù)硼酸的溶解度信息解釋熱過(guò)濾的原因、根據(jù)溶解度曲線及壓強(qiáng)對(duì)溶液沸點(diǎn)的影響選擇制備結(jié)晶水化合物的措施等。