Question

16．硼酸（H₃BO₃）為白色粉末狀結(jié)晶，大量用于玻璃工業(yè)，可以改善玻璃制品的耐熱、透明性能，提高機械強度，縮短熔融時間．以鐵硼礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，還有少量Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃和SiO₂等）為原料制備硼酸的工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．向鐵硼礦粉中加入過量稀H₂SO₄，過濾；
Ⅱ．向濾液中加入過量雙氧水，再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5；
Ⅲ．過濾，將所得濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得粗硼酸和含鎂鹽的母液；
Ⅳ．粗硼酸精制得硼酸．
已知：
生成氫氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀時	3.8	5.8	2.2	10.6
完全沉淀時	4.7	8.3	4.0	12

注：金屬離子的起始濃度為0.01mol•L^-1
請回答：
（1）寫出Mg₂B₂O₅•H₂O與硫酸反應的化學方程式：Mg₂B₂O₅•H₂O+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₃BO₃+2MgSO₄．
（2）為提高步驟I中的反應速率，可采取的措施有升高溫度、適當增大硫酸的濃度或減小鐵硼礦粉的粒徑等（寫出兩條）．
（3）步驟Ⅱ的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；使Al³⁺與Fe³⁺形成氫氧化物沉淀而除去．
（4）“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是MgSO₄．

Answer 1

分析 以鐵硼礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，還有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）為原料制備硼酸（H₃BO₃），由流程可知，加硫酸溶解Fe₃O₄、SiO₂不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO₄，“凈化除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，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、過濾分離出H₃BO₃，以此來解答，
（1）Mg₂B₂O₅•H₂O與硫酸反應生成硫酸鎂和硼酸；
（2）為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度濃度外，還可采取的措施有提高反應溫度或減小鐵硼礦粉粒徑等；
（3）雙氧水具有氧化性，能將還原性亞鐵離子氧化生成鐵離子；條件溶液的pH在5左右時Fe³⁺、Al³⁺均轉(zhuǎn)化為沉淀；
（4）最后濃縮結(jié)晶時硫酸鎂易結(jié)合水以晶體析出，則“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是硫酸鎂；

解答 解：（1）Mg₂B₂O₅•H₂O與硫酸反應的化學方程式：Mg₂B₂O₅•H₂O+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₃BO₃+2MgSO₄，
故答案為：Mg₂B₂O₅•H₂O+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₃BO₃+2MgSO₄；
（2）為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度濃度外，還可采取的措施有提高反應溫度或減小鐵硼礦粉粒徑等，
故答案為：升高溫度、適當增大硫酸的濃度或減小鐵硼礦粉的粒徑等；
（3）“凈化除雜”需先加H₂O₂溶液，作用是將亞鐵離子氧化為鐵離子．然后在調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是使鐵離子、鋁離子形成氫氧化物沉淀而除去，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；使Al³⁺與Fe³⁺形成氫氧化物沉淀而除去；
（4）最后濃縮結(jié)晶時硫酸鎂易結(jié)合水以晶體析出，則“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是硫酸鎂，
故答案為：MgSO₄ ；

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純的綜合應用，為高頻考點，涉及基本實驗操作、化學用語、氧化還原反應等知識點，把握實驗流程及發(fā)生的反應、混合物分離提純方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗能力的綜合考查，題目難度中等．