Question

11．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)硼酸的工藝流程如圖：

已知：i．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．
ⅱ．H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃時(shí)的溶解度依次為5.0g、8.7g、14.8g、40.2g．
（1）為了提高硼鎂礦粉的浸出率，可采取的措施有加熱、攪拌、粉碎礦石或提高硫酸濃度等（至少答兩條）．
（2）“浸出液”顯酸性，含H₃BO₃和Mg²⁺、SO4^2-，還含有Fe³⁺、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，H₂O₂的作用是H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O （用離子方程式表示），MgO除去的雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Al³⁺．
（3）已知H₃BO₃與過(guò)量的NaOH反應(yīng)生成Na[B（OH）₄]，試寫(xiě)出H₃BO₃在溶液中的電離方程式H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）．
（4）“浸取”后，采用“熱過(guò)濾”的目的是防止溫度下降時(shí)H₃BO₃從溶液中析出影響產(chǎn)量，母液中的主要溶質(zhì)有H₃BO₃、MgSO₄．
（5）測(cè)定所得產(chǎn)品的純度：取a g硼酸，小心加熱使其分解脫去水分（雜質(zhì)受熱不分解），得殘留固體b g，則產(chǎn)品的純度為$\frac{62（a-b）}{27a}$×100%．

Answer 1

分析 硼鎂礦（2MgO•B₂O₃•H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃）為原料生產(chǎn)硼酸，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，母液中主要含有硫酸鎂和硼酸，
（1）礦石顆粒大小影響反應(yīng)速率，溫度升高反應(yīng)加快，攪拌也可以提高浸取率；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加MgO調(diào)節(jié)PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，所以除去的離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
（3）H₃BO₃與過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)生成Na[B（OH）₄]，H₃BO₃屬于一元酸，電離出[B（OH）₄]^-與H⁺；
（4）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；
（5）取a g硼酸，小心加熱使其分解脫去水分（雜質(zhì)受熱不分解），得殘留固體b g，反應(yīng)為：2H₃BO₃=B₂O₃+3H₂O，結(jié)合反應(yīng)前后質(zhì)量變化計(jì)算硼酸質(zhì)量得到純度．

解答 解：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）通過(guò)粉碎礦石或者升高溫度或者進(jìn)行攪拌或適當(dāng)提高硫酸濃度都可以提高浸取率，
故答案為：加熱、攪拌、粉碎礦石或提高硫酸濃度等；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，所以H₂O₂的作用是：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加MgO調(diào)節(jié)PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，所以除去的離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
故答案為：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；Fe³⁺、Al³⁺；
（3）H₃BO₃與過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)生成Na[B（OH）₄]，H₃BO₃屬于一元酸，電離出[B（OH）₄]^-與H⁺，屬于弱酸，電離方程式為：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq），
故答案為：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）；
（4）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從溶液中析出影響產(chǎn)量，濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾分離出H₃BO₃，母液中主要含有硫酸鎂和硼酸，
故答案為：防止溫度下降時(shí)H₃BO₃從溶液中析出影響產(chǎn)量；H₃BO₃、MgSO₄；
（5）取a g硼酸，小心加熱使其分解脫去水分（雜質(zhì)受熱不分解），得殘留固體b g，
反應(yīng)為：2H₃BO₃=B₂O₃+3H₂O，△m
            2×62                               54
                m                               （a-b）g
m=$\frac{2×62（a-b）}{54}$g
結(jié)合反應(yīng)前后質(zhì)量變化計(jì)算硼酸質(zhì)量得到純度=$\frac{2×62×（a-b）}{54a}$×100%=$\frac{62（a-b）}{27a}$×100%，
故答案為：$\frac{62（a-b）}{27a}$×100%；

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備方案、物質(zhì)的分離提純、對(duì)操作與試劑的分析評(píng)價(jià)、化學(xué)反應(yīng)速率影響因素、鹽類水解、化學(xué)方程式計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．