Question

【題目】以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）為原料制備硼酸（H3BO3）。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）流程中“反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：

①反應(yīng)時(shí)需控制在95℃進(jìn)行，控制反應(yīng)溫度的適宜方法是____。

②反應(yīng)產(chǎn)生的氣體需要凈化處理，請(qǐng)從圖中選擇合適的裝置____（填字母代號(hào)）。

（2）根據(jù)如圖所示，流程中“過(guò)濾”操作的適宜溫度是________（填字母代號(hào)）。

A.0-20℃ B.20-40℃ C.50-60℃ D. 60-80℃

（3）根據(jù)H3BO3的電離反應(yīng)：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)4－，Ka=5.7×10－10，可判斷H3BO3是____酸；將溶液pH調(diào)解至3.5目的是____。

（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)若被強(qiáng)堿濺到皮膚，先用大量水沖洗，水洗后再涂上硼酸溶液，寫(xiě)出有關(guān)離子方程式：____。

（5）實(shí)驗(yàn)中得到的粗硼酸還需要重結(jié)晶進(jìn)行提純，重結(jié)晶得到的母液可以在下一次重結(jié)晶時(shí)重復(fù)使用，但達(dá)到一定次數(shù)后必須凈化處理，原因是____。

（6）預(yù)測(cè)定硼酸的純度，因硼酸酸性過(guò)弱不能直接滴定。可先將硼酸與甘油作用生成甘油硼酸(Ka＝8.4×10-6)，再用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(酚酞作指示劑)。已知硼酸的摩爾質(zhì)量為61.8g·mol-1，滴定前稱取3.00g硼酸試樣，配成250mL溶液，每次取25.00mL于錐形瓶中滴定，消耗0.2000mol·L－1NaOH標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積為20.00mL。

①計(jì)算所得硼酸的純度____

②若用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定硼酸，測(cè)得的硼酸的純度將____（填字母代號(hào)）。

A．偏大 B．偏小 C．無(wú)影響 D．無(wú)法確定

Answer 1

【答案】水浴加熱 B C 一元弱酸 轉(zhuǎn)化為H3BO3，促進(jìn)析出 H3BO3+OH-=B(OH)4- 多次使用后母液中雜質(zhì)的濃度增大，再次重結(jié)晶時(shí)，會(huì)析出雜質(zhì)，影響產(chǎn)品的純度 82.4% B

【解析】

硼鎂礦（含 Mg2B2O5H2O、SiO2 及少量 Fe2O3、Al2O3）加入（NH4）2SO4溶液，得到氣體，根據(jù)硼鎂礦和硫酸銨化學(xué)式知，得到的氣體為NH3，過(guò)濾中得到的濾渣為難溶性的SiO2、Fe2O3、Al2O3，調(diào)節(jié)溶液pH=3.5時(shí)得到H3BO3；

(1)①水浴加熱可以受熱均勻，更好的控制溫度；

②據(jù)流程圖知硼鎂礦粉中加入硫酸銨溶液產(chǎn)生的氣體為氨氣，氨氣極易溶于水，屬于堿性氣體，所以選擇既要防制倒吸，又能和氨氣反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行除雜處理；

(2)根據(jù)圖2可知溫度為50-60℃之間時(shí)兩者的溶解度差值最大；

(3)根據(jù)H3BO3的電離反應(yīng)：H3BO3+H2OH++B（OH）4-，Ka=5.7×10-10，只能電離出一個(gè)H+；將溶液pH調(diào)解至3.5有利于強(qiáng)酸制弱酸；

(4)硼酸屬于一元弱酸，能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水；

(5)由于使用的次數(shù)較多后，母液中雜質(zhì)的濃度增大，影響產(chǎn)品純度，所以進(jìn)行必須凈化處理；

(6)①由于H3BO3是一元 酸，所以消耗NaOH的物質(zhì)的量與H3BO3的物質(zhì)的量為1：1，則，所以根據(jù)m=nM可求出樣品中硼酸的質(zhì)量，最終可求出純度；

②若用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶波直接滴定硼酸，生成的硼酸鈉水解顯堿性，由于硼酸是很弱的酸，越弱越水解，會(huì)導(dǎo)致加入的NaOH量偏少就達(dá)到滴定終點(diǎn)，所以會(huì)導(dǎo)致硼酸的純度偏小。

(1)①控制溫度在100℃以下，一般用水浴加熱；

②加入(NH4)2SO4后生成的氣體為NH3，NH3極易溶于水，吸收時(shí)需要注意防倒吸。

A．多孔泡球浸入硫酸中，不能防倒吸，A錯(cuò)誤；

B．球形干燥管插入硫酸中，有防倒吸的功能，B正確；

C．堿石灰不能吸收NH3，C錯(cuò)誤；

D．飽和食鹽水可以溶解NH3，不能防倒吸，D錯(cuò)誤；

故選B；

(2)過(guò)濾后要得到硼酸，需要讓硼酸基本不溶，而MgSO4幾乎全溶，圖中50-60℃時(shí)MgSO4的溶解度最大，而硼酸的溶解度較小，符合題意，故選C；

(3)由H3BO3的電離反應(yīng)：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)4－可知H3BO3是一元酸，由Ka=5.7×10－10可知H3BO3是弱酸；由于H3BO3是弱酸，調(diào)pH至3.5目的是讓溶液中的硼酸鹽轉(zhuǎn)化為H3BO3，促進(jìn)析出；

(4)硼酸是弱酸，可以與堿反應(yīng)，根據(jù)已知H3BO3的電離反應(yīng)，可以看出硼酸與堿反應(yīng)的離子方程式是：H3BO3+OH-=B(OH)4-；

(5)每次結(jié)晶后，雜質(zhì)都會(huì)留在母液中，多次使用后母液中雜質(zhì)的濃度增大，再次重結(jié)晶時(shí)，會(huì)析出雜質(zhì)，影響產(chǎn)品的純度；

(6)①滴定至終時(shí)，消耗0.2000mol·L－1NaOH標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積為20.00mL，這些NaOH的物質(zhì)的量為，由于H3BO3是一元 酸，所以消耗NaOH的物質(zhì)的量與H3BO3的物質(zhì)的量為1：1，則。所以樣品中硼酸的質(zhì)量為，純度為；

②若用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶波直接滴定硼酸，生成的硼酸鈉水解顯堿性，由于硼酸是很弱的酸，越弱越水解，會(huì)導(dǎo)致加入的NaOH量偏少就達(dá)到滴定終點(diǎn)，所以會(huì)導(dǎo)致硼酸的純度偏小，故選B；