以硼镁矿(2Mg·B2O3·H2O·SiO2)及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下：(1)由于矿粉中含CaCO3，“浸取”时容易产生大量泡沫使物

Question

以硼镁矿(2Mg·B ₂ O ₃ ·H ₂ O·SiO ₂ )及少量Fe ₃ O ₄ 、CaCO ₃ 、Al ₂ O ₃ )为原料生产硼酸的工艺流程如下：

(1)由于矿粉中含CaCO ₃ ，“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，应采取的措施为_____。

(2) “浸出液”显酸性，含有H ₃ BO ₃ 、Mg ^{2 ＋} 和 ，还含有Fe ^{2 ＋} 、Fe ^{3 ＋} 、Ca ^{2 ＋} 、Al ^{3 ＋} 等杂质。“除杂”时，向浸出液中依次加入适量目H ₂ O ₂ 和MgO，可以除去的杂质离子为_________，H ₂ O ₂ 的作用为_________(用离子方程式表示)。

(3) “浸取”后，采用“热过滤”的目的为_______。

(4) “母液”可用于回收硫酸镁，已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图所示，且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收 MgSO ₄ ·H ₂ O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，____。

(5)已知25 ℃时，硼酸( H ₃ BO ₃ )溶液中存在如下平衡：

H ₃ BO ₃ (aq)＋H ₂ O(l) [B(OH) ₄ ] ^－ (aq)＋H ^＋ (aq)  K =5.7×10 ^－10 ；

25℃时，0.7 mol·L ^－1 硼酸溶液中 c (H ^＋ )≈mol·L ^－1 。

(6)已知25 ℃时：

化学式	H 2 CO 3	CH 3 COOH
电离常数	K 1 =4.4×10 －7 K 2 =4.7×10 －11	K =1.75×10 －5

下列说法正确的是_____________(填选项字母)。

A.碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中能观察到有气泡产生

B.碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生

C.等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的pH：前者＞后者

D.等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH：前者＞后者

Answer 1

(1)分批慢慢加入硫酸 (或边加入边搅拌) (2)Fe3＋、Fe2＋、Al3＋；2Fe2＋＋2H＋＋H2O22Fe3＋＋2H2O (3)防止因温度下降时H3BO3从溶液中析出 (4)加压升温结晶 (或加压升温结晶过滤) (5)2×10－5 (6)BD
本题考查了工业生产硼酸的工艺流程分析及有关问题。(1)浸取矿粉时，矿粉中含有石灰石，如果一次加入硫酸，会导致碳酸钙分解产生大量气泡，为防止大量气泡产生，可以控制加入硫酸的量来控制反应，故可以分批慢慢加入硫酸。(2)由于铁离子和铝离子能够水解，即Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、Al3++3H2OAl(OH)3+3H+，用稀硫酸浸取及浸出液呈酸性时，能抑制铁离子和铝离子的水解，加入过氧化氢和氧化镁时，能消耗氢离子、生成水且不引入新的杂质阳离子，即MgO+2H+Mg2++H2O，减小氢离子浓度，增大溶液pH至3.2时，促进铁离子水解彻底，即亚铁离子转化为铁离子，铁离子完全沉淀为氢氧化铁，增大溶液pH至5.2时，促进铝离子水解彻底，即铝离子完全沉淀为氢氧化铝沉淀，因此加入适量过氧化氢和氧化镁除去的杂质离子是Fe3+、Fe2+、Al3+。双氧水是常用的绿色氧化剂，所含氧元素由－1价降低为－2价，杂质阳离子中只有亚铁离子能被其氧化为铁离子，根据化合价升降，电荷守恒、质量守恒可得离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+2Fe3++2H2O。 (3)浸取时二氧化硅不溶于稀硫酸，浸取反应生成硫酸钙微溶于水，其余物质溶解后变为硼酸、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸镁，根据已知信息，H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g，为了除去固液混合物中的二氧化硅和硫酸钙，且不能损失硼酸，因此应选择硼酸溶解度最大时的温度，进行趁热过滤，防止温度下降时H3BO3从溶液中析出。(4)除杂时，所得滤渣的主要成分是氢氧化铁、氢氧化铝，而母液的主要成分是硼酸、硫酸镁；为了从“母液”中充分回收MgSO4•H2O，根据硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线的已知信息推断，若蒸发浓缩、冷却结晶得到的是MgSO4•7H2O晶体，因此应该蒸发浓缩，升温结晶；根据溶液的沸点随压强增大而升高的已知条件，为了防止蒸发时液体沸腾，影响结晶，还要加压结晶，防止蒸发浓缩时溶液沸腾，从而得到MgSO4•H2O晶体。(5)25℃时，0.7 mol·L－1硼酸溶液中c(H＋)===2×10－5mol/L。(6)根据平衡常数可知，酸性为H2CO3H3BO3，所以碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中不能观察到有气泡产生，故A错。根据平衡常数可知，酸性CH3COOHH3CO3，则碳酸钠溶液滴入醋酸溶液可生成二氧化碳气体，所以能观察到有气泡产生，故B正确。根据平衡常数可知，酸性H2CO3H3BO3，所以碳酸的电离常数大于硼酸，等浓度碳酸溶液和硼酸溶液比较，酸性碳酸大于硼酸， pH：前者小于后者，故C错。根据平衡常数可知，酸性CH3COOHH3CO3，所以碳酸根离子的水解程度大于醋酸根离子的水解程度，则等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH：前者＞后者，故D正确。