Question

【化学选修2-化学与技术】(15分)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料从反应器中溢出，应采取的措施为_____。

（2）“浸出液”显酸性，含有H₃BO₃、Mg^2＋和SO₄^{2 －}，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H₂O₂和MgO，可以除去的杂质离子为_________，H₂O₂ 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 MgSO₄．H₂O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，____。

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

（6）已知25 ℃时：

化学式	H2CO3	CH3COOH
电离常数	K1=4.4×10^－7 K2=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

(共15分)

（1）分批慢慢加入硫酸 (或边加入边搅拌)

（2）Fe3＋、Fe2＋、Al3＋ 2Fe2＋ ＋2H＋ ＋H2O2 =2Fe3＋ ＋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

【解析】

试题分析：（1）浸取矿粉时，矿粉中含有石灰石，如果一次性加入硫酸，会导致CaCO3分解产生大量气泡，为了防止大量气泡产生，可以控制加入硫酸的量来控制反应，所以可以分批慢慢加入硫酸。

（2）含有的Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等杂质离子在pH分别为3.2、 5.2、9.7时完全沉淀，而Mg2＋在pH=12.4时完全沉淀，所以要用MgO调节pH，使杂质离子沉淀，应该先把Fe2＋ 氧化为Fe3＋ 再以沉淀形式除去，所以最终能够沉淀的离子有Fe2＋、Fe3＋、Al3＋ ，双氧水的作用则是把Fe2＋ 氧化为Fe3＋ ，反应方程式为：2Fe2＋ ＋2H＋ ＋H2O2 =2Fe3＋ ＋2H2O。

（3）由于H3BO3 在水中的溶解度随温度增大而增大，所以要浸取得到更多的产品，应加热浸出液，并采用热过滤的方法过滤，防止因温度下降时H3BO3从溶液中析出。

（4）从图像可以看出，硫酸镁随着温度不同容易形成不同的晶体，而要收集到的MgS04·H20在较高温度下才结晶，且该晶体的溶解度随温度升高而减小，所以要在接近200 ℃的较高温度下得到该晶体，常压下蒸发结晶较难，应该选择加压升温结晶的方法。

（5） H3BO3(aq)＋H2O(l)[B(OH)4]－(aq)＋H＋(aq)

起始浓度/ mol·L－1： 0.70 0 0

平衡浓度/ mol·L－1： 0.70－x x x

K＝( x · x)÷(0.70-x)＝5.7×10－10，x2＝3.99×10－10 x＝2×10－5 mol·L－1

（6）对比硼酸和表格中碳酸、醋酸的电离程度，可知三者的酸性大小为:醋酸＞碳酸＞硼酸＞HCO3－ ，根据强酸制弱酸原理，碳酸钠溶液滴入硼酸中不能有气泡产生，A项错误；碳酸钠溶液滴入醋酸中能观察到有气泡产生，B项正确；等浓度的碳酸和硼酸溶液比较，碳酸酸性强，pH值小，C项错误；等浓度的碳酸钠和醋酸钠溶液比较，碳酸钠水解程度大，碱性强，所以pH大，D项正确；选BD。

考点：考查工业生产硼酸的工艺流程分析。