Question

【題目】硼酸(H3BO3)大量應(yīng)用于玻璃制造行業(yè)，以硼鎂礦(含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5.0 g、8.7 g、14.8 g、40.2g。Fe3+、Al3+、Fe2+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)“浸取”時(shí)主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

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

(3)“浸出液”顯酸性，含H3BO3和Mg2+、SO42-，還含有其他雜質(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)。

(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(xiàn)如圖，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MgSO4H2O，應(yīng)采取的措施是將“母液”蒸發(fā)濃縮后，最佳結(jié)晶條件是_____________。

A. 升溫結(jié)晶 B. 降溫結(jié)晶 C. 加壓升溫結(jié)晶 D. 降壓降溫結(jié)晶

(5)在實(shí)際生產(chǎn)中為了提高原料的綜合利用率，可以利用除雜后濾渣作為提煉鋁的原料，工藝流程為：

試劑a可選用________(化學(xué)式)溶液，若試劑b為AlCl3則由濾液得固體A的離子反應(yīng)方程式為___________，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，流程中的一定條件指的是________。

Answer 1

【答案】2MgOB2O3H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 防止溫度下降時(shí)H3BO3從溶液中析出 Fe3+、Fe2+、Al3+ H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O C NaOH Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓ 熔融電解

【解析】

由流程可知，加硫酸溶解只有SiO2不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO4，趁熱過(guò)濾，防止H3BO3從溶液中析出，“除雜”需先加H2O2溶液，將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，再加入MgO調(diào)節(jié)溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾分離出H3BO3，

（1）根據(jù)元素守恒可寫(xiě)出2MgO·B2O3·H2O浸取生成H3BO3的化學(xué)方程式；

（2）由目信息可知：H3BO3的溶解度隨溫度的升高而增大，所以要采用“熱過(guò)濾”，以防溫度下降時(shí)H3BO3從溶液中析出，加硫酸溶解只有SiO2不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO4；

（3）浸出液中有 Fe3+、Fe2+、Al3+雜質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH值除去雜質(zhì)且不引入新的雜質(zhì)，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，反應(yīng)的離子方程式是H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O ；

（4）根據(jù)MgSO4．H2O的溶解度隨溫度變化的曲線(xiàn)可知，溫度越高，MgSO4．H2O溶解度越小，據(jù)此判斷操作；

(5) 濾渣是氫氧化鐵和氫氧化鋁，加入氫氧化鈉溶液，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，濾渣是氫氧化鐵，向偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳或者氯化鋁溶液生成氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾得到氫氧化鋁，加熱氫氧化鋁分解得到三氧化鋁和水，電解熔融氧化鋁制得鋁。

(1)根據(jù)元素守恒可寫(xiě)知2MgO·B2O3·H2O浸取生成H3BO3的化學(xué)方程式為2MgOB2O3H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 ，

故答案為：2MgOB2O3H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 ；

(2)浸出液中有 Fe3+、Fe2+、Al3+雜質(zhì)，需要通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH值除去雜質(zhì)且不引入新的雜質(zhì)，所以加入MgO調(diào)節(jié)溶液pH的目的是除去溶液中的 Fe3+、Fe2+、Al3+雜質(zhì)，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，反應(yīng)的離子方程式是H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O，

故答案為：除去溶液中的 Fe3+、Fe2+、Al3+雜質(zhì)；H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O ；

(3)由題目信息可知：H3BO3的溶解度隨溫度的升高而增大,所以要采用“熱過(guò)濾”，以防溫度下降時(shí)H3BO3從溶液中析出，

故答案為：防止溫度下降時(shí)H3BO3從溶液中析出；

(4)根據(jù)MgSO4H2O的溶解度隨溫度變化的曲線(xiàn)可知，溫度越高，MgSO4H2O溶解度越小，所以從“母液”中充分回收MgSO4H2O，應(yīng)采取加壓升溫結(jié)晶的方法，

故選：C；

（5）濾渣是氫氧化鐵和氫氧化鋁，加入氫氧化鈉溶液，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，濾渣是氫氧化鐵，向偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳或者氯化鋁溶液生成氫氧化鋁沉淀，加入氯化鋁發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是：Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3 ↓，過(guò)濾得到氫氧化鋁， 加熱氫氧化鋁分解得到氧化鋁和水，電解熔融氧化鋁制得鋁，

故答案為： NaOH；Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓；熔融電解。