Question

11．硼酸（H₃BO₃）大量應用于玻璃制造行業(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，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4．
ⅱ．H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃時的溶解度依次為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．“除雜”時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除去的雜質離子是Fe³⁺、Al³⁺．
（3）已知H₃BO₃與過量的NaOH反應生成Na[B（OH）₄]，試寫出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“熱過濾”的目的是防止溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出影響產量，母液中的主要溶質有H₃BO₃、MgSO₄．
（5）測定所得產品的純度：取a g硼酸，小心加熱使其分解脫去水分（雜質受熱不分解），得殘留固體b g，則產品的純度為$\frac{62（a-b）}{27a}$×100%．

Answer 1

分析 硼鎂礦（2MgO•B₂O₃•H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃）為原料生產硼酸，由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉化為微溶于水的CaSO₄，趁熱過濾，防止H₃BO₃從溶液中析出，“除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入MgO調節(jié)溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾分離出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速率，溫度升高反應加快，攪拌也可以提高浸取率；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加MgO調節(jié)PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀而除去，所以除去的離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
（3）H₃BO₃與過量NaOH溶液反應生成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“熱過濾”，以防溫度下降時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（雜質受熱不分解），得殘留固體b g，反應為：2H₃BO₃=B₂O₃+3H₂O，結合反應前后質量變化計算硼酸質量得到純度．

解答 解：由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉化為微溶于水的CaSO₄，趁熱過濾，防止H₃BO₃從溶液中析出，“除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入MgO調節(jié)溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾分離出H₃BO₃，
（1）通過粉碎礦石或者升高溫度或者進行攪拌或適當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調節(jié)PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀而除去，所以除去的離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
故答案為：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；Fe³⁺、Al³⁺；
（3）H₃BO₃與過量NaOH溶液反應生成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“熱過濾”，以防溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出影響產量，濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾分離出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H₃BO₃從溶液中析出影響產量；H₃BO₃、MgSO₄；
（5）取a g硼酸，小心加熱使其分解脫去水分（雜質受熱不分解），得殘留固體b g，
反應為：2H₃BO₃=B₂O₃+3H₂O，△m
            2×62                               54
                m                               （a-b）g
m=$\frac{2×62（a-b）}{54}$g
結合反應前后質量變化計算硼酸質量得到純度=$\frac{2×62×（a-b）}{54a}$×100%=$\frac{62（a-b）}{27a}$×100%，
故答案為：$\frac{62（a-b）}{27a}$×100%；

點評 本題考查物質制備方案、物質的分離提純、對操作與試劑的分析評價、化學反應速率影響因素、鹽類水解、化學方程式計算等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．