Question

以硼鎂礦(2Mg·B₂O₃·H₂O·SiO₂ )及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃ )為原料生產(chǎn)硼酸的工藝流程如下：

(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)器中溢出，應(yīng)采取的措施為_____。

(2) “浸出液”顯酸性，含有H₃BO₃、Mg^2＋和，還含有Fe^2＋、Fe^3＋、Ca^2＋、Al^3＋等雜質(zhì)�！俺�雜”時(shí)，向浸出液中依次加入適量目H₂O₂和MgO，可以除去的雜質(zhì)離子為_________，H₂O₂的作用為_________(用離子方程式表示)。

(3) “浸取”后，采用“熱過濾”的目的為_______。

(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圖所示，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，____。

(5)已知25 ℃時(shí)，硼酸( H₃BO₃)溶液中存在如下平衡：

H₃BO₃(aq)＋H₂O(l)[B(OH)₄]^－(aq)＋H^＋(aq)  K=5.7×10^－10；

25℃時(shí)，0.7 mol·L^－1硼酸溶液中c(H^＋)≈mol·L^－1。

(6)已知25 ℃時(shí)：

化學(xué)式	H2CO3	CH3COOH
電離常數(shù)	K1=4.4×10－7 K2=4.7×10－11	K=1.75×10－5

下列說法正確的是_____________(填選項(xiàng)字母)。

A.碳酸鈉溶液滴入硼酸溶液中能觀察到有氣泡產(chǎn)生

B.碳酸鈉溶液滴入醋酸溶液中能觀察到有氣泡產(chǎn)生

C.等濃度碳酸溶液和硼酸溶液的pH：前者＞后者

D.等濃度碳酸鈉溶液和醋酸鈉溶液的pH：前者＞后者

Answer 1

【答案】(1)分批慢慢加入硫酸 (或邊加入邊攪拌)

(2)Fe^3＋、Fe^2＋、Al^3＋；2Fe^2＋＋2H^＋＋H₂O₂2Fe^3＋＋2H₂O

(3)防止因溫度下降時(shí)H₃BO₃從溶液中析出

(4)加壓升溫結(jié)晶 (或加壓升溫結(jié)晶過濾)

(5)2×10^－5

(6)BD

【解析】本題考查了工業(yè)生產(chǎn)硼酸的工藝流程分析及有關(guān)問題。(1)浸取礦粉時(shí)，礦粉中含有石灰石，如果一次加入硫酸，會(huì)導(dǎo)致碳酸鈣分解產(chǎn)生大量氣泡，為防止大量氣泡產(chǎn)生，可以控制加入硫酸的量來控制反應(yīng)，故可以分批慢慢加入硫酸。(2)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)鐵離子水解徹底，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)鋁離子水解徹底，即鋁離子完全沉淀為氫氧化鋁沉淀，因此加入適量過氧化氫和氧化鎂除去的雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺。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)陽離子中只有亞鐵離子能被其氧化為鐵離子，根據(jù)化合價(jià)升降，電荷守恒、質(zhì)量守恒可得離子方程式為H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺2Fe³⁺+2H₂O。 (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。(5)25℃時(shí)，0.7 mol·L^－1硼酸溶液中c(H^＋)===2×10^－5mol/L。(6)根據(jù)平衡常數(shù)可知，酸性為H₂CO₃H₃BO₃，所以碳酸鈉溶液滴入硼酸溶液中不能觀察到有氣泡產(chǎn)生，故A錯(cuò)。根據(jù)平衡常數(shù)可知，酸性CH₃COOHH₃CO₃，則碳酸鈉溶液滴入醋酸溶液可生成二氧化碳?xì)怏w，所以能觀察到有氣泡產(chǎn)生，故B正確。根據(jù)平衡常數(shù)可知，酸性H₂CO₃H₃BO₃，所以碳酸的電離常數(shù)大于硼酸，等濃度碳酸溶液和硼酸溶液比較，酸性碳酸大于硼酸， pH：前者小于后者，故C錯(cuò)。根據(jù)平衡常數(shù)可知，酸性CH₃COOHH₃CO₃，所以碳酸根離子的水解程度大于醋酸根離子的水解程度，則等濃度碳酸鈉溶液和醋酸鈉溶液的pH：前者＞后者，故D正確。