Question

20．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：
表一：不同溫度下H₃BO₃的溶解度

溫度（℃）	20	40	60	100
溶解度（g）	5.0	8.7	14.8	40.2

表二：不同物質沉淀完全時的pH

金屬陽離子	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
pH	3.2	5.2	9.7	12.4

（1）由于礦粉中含CaCO₃，“浸取”時容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，應采取的措施為分批緩慢加入硫酸
（2）“浸取”時為提高速率．除適當增加硫酸濃度外，還可采取的措施是提高反應溫度；“浸取”后，采用“熱過濾”的目的為防止因溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出．
（3）“浸出液”顯酸性．含有H₃BO₃和Mg²⁺，還含有Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺等雜質．“除雜”時，向浸出液中依次加入適量的H₂O₂和MgO，可以除去的雜質離子為Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺．H₂O₂的作用為H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）．
（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，且溶液的沸點隨壓強增大而升高．為了從“母液”中充分回收MgSO₄•H₂O，應采取的措施是將“母液”蒸發(fā)濃縮、加壓、升溫結晶、過濾．

（5）已知25℃時，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，0.7mol/L硼酸溶液中c（H⁺）=2×10^-5mol/L
（6）已知25℃時：

化學式	H2CO3	HF
電離常數	K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11	K=6.75×10-4

下列說法正確的是BD（填序號）．
A．碳酸鈉溶液滴入硼酸溶液中觀察到有氣泡產生
B．碳酸鈉溶液滴入氫氟酸中觀察到有氣泡產生
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氟化鈉溶液的pH：前者＞后者．

Answer 1

分析 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）應分批加入H₂SO₄，降低反應速率；
（2）增大反應物濃度、升高溫度等方法都可以提高反應速率；H₃BO₃的溶解度隨著溫度升高而增大；
（3）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⁺；
（4）根據圖2可知，溫度越高MgSO₄•H₂O的溶解度越小，由于溶液的沸點隨壓強增大而升高，為了防止溶液沸騰，應該在較高的壓強條件下加熱，使MgSO₄•H₂O結晶析出；
（5）根據硼酸的電離平衡常數可知，c（H⁺）=$\sqrt{K．c（{H}_{3}B{O}_{3}）}$；
（6）相同溫度、濃度下，酸的電離平衡常數越大，酸的酸性越強，其酸根離子的水解能力越小，結合強酸制取弱酸分析解答．

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）發(fā)生發(fā)生：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，應分批加入H₂SO₄，降低反應速率，防止產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，
故答案為：分批慢慢加入稀硫酸；
（2）增大反應物濃度、升高溫度等方法都可以提高反應速率；H₃BO₃的溶解度隨著溫度升高而增大，所以為了防止溫度較低時H₃BO₃析出而采用熱過濾，
故答案為：提高反應溫度；防止因溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出；
（3）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：Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）根據圖2可知，溫度越高MgSO₄•H₂O的溶解度越小，由于溶液的沸點隨壓強增大而升高，為了防止溶液沸騰，應該在較高的壓強條件下加熱，使MgSO₄•H₂O結晶析出，然后過濾，
故答案為：加壓、升溫結晶、過濾；
（5）25℃時0.7mol•L^-1 硼酸溶液中H⁺的濃度：c（H⁺）=$\sqrt{K．c（{H}_{3}B{O}_{3}）}$=$\sqrt{5.7×1{0}^{-10}×0.7}$mol/L≈2×10^-5mol•L^-1，故答案為：2×10^-5mol•L^-1；
（6）酸的電離平衡常數HF＞H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以離子水解能力：CO₃^2-＞[B（OH）₄]^-＞HCO₃^-＞F^-，
A．酸性HF＞H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以碳酸鈉溶液滴入硼酸中生成碳酸氫鈉和硼酸鈉，沒有氣體生成，故A錯誤；
B．酸性HF＞H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以碳酸鈉溶液滴入HF生成NaF、水和二氧化碳，所以能看到有氣泡生成，故B正確；
C．等濃度的碳酸和硼酸，碳酸電離程度大于硼酸，所以碳酸中氫離子濃度大于硼酸，則pH：碳酸小于硼酸，故C錯誤；
D．等濃度的碳酸鈉和氟化鈉，碳酸根離子水解程度大于氟離子，所以相同濃度的碳酸鈉溶液和氟化鈉溶液的pH：前者＞后者，故D正確；
故選BD．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及化學工藝流程分析、物質分離提純、弱電解質的電離和鹽類水解等知識點，明確流程圖中發(fā)生的反應、弱酸電離平衡常數與其對應的酸根離子水解程度關系是解本題關鍵，注意（6）題中H₂CO₃對應是酸根離子是HCO₃^-而不是CO₃^2-，為易錯點．