Question

单质硼是冶金、建材、化工、核工业等部门的重要原料，而金属镁也广泛应用于航空航天等国防军事工业。以铁硼矿为原料，利用碳碱法工艺生产硼和镁，其工艺流程图如下：

已知：铁硼矿的主要成分为Mg₂B₂O₅·H₂O和Fe₃O₄，还有少量Al₂O₃和SiO₂杂质；硼砂的化学式为Na₂B₄O₇·10H₂O。

（1）铁硼矿研磨粉碎的目的是____________；操作Ⅰ的名称为___；硼泥中除杂质SiO₂和Al₂O₃外，其他成分的化学式为_______。

（2）写出流程图中碳解过程的化学方程式：__________；在高温条件下金属Mg与A反应制备单质硼的化学方程式为：__________。

（3）碳碱工艺需两次调节pH：①常用H₂SO₄调节硼砂溶液pH＝2～3制取H₃BO₃，其离子方程式为B₄O₇^2－＋2H^＋＋5H₂O=4H₃BO₃；②制取MgCl₂·7H₂O时，在净化除杂过程中，需先加H₂O₂溶液，其作用是_______，然后用MgO调节pH约为5，其目的是_____。

（4）用MgCl₂·7H₂O制取MgCl₂时，为防止MgCl₂水解，反应需在“一定条件下”进行，则该条件是指_____。

（5）实验时不小心触碰到NaOH溶液，可用大量清水冲洗，再涂抹H₃BO₃溶液中和，其化学方程式为：NaOH＋H₃BO₃=Na[B（OH）₄]，下列关于Na[B（OH）₄]溶液中微粒浓度关系正确的是___。

A c（Na^＋）＋c（H^＋）＝c（[B（OH）₄]^－）＋c（OH^－）

B c（Na^＋）＞c（[B（OH）₄]^－）＞c（H^＋）＞c（OH^－）

C c（Na^＋）＝c（[B（OH）₄]^－）＋c（H₃BO₃）

Answer

增大反应物的接触面积；加快化学反应速率；提高原料利用率（任选一条） 过滤 Fe3O4、MgCO3 2Mg2B2O5＋Na2CO3＋3CO2=Na2B4O7＋4MgCO3 3Mg＋B2O32B＋3MgO 将Fe2＋氧化为Fe3＋ 使Fe3＋形成氢氧化物沉淀而除去 干燥的HCl气氛、加热 AC

【解析】

铁硼矿的主要成分为Mg2B2O5•H2O和Fe3O4，含有少量Al2O3和SiO2等，碳解得到硼砂溶液(Na2B4O7•10H2O)，过滤分离，碳解发生反应：2Mg2B2O5•H2O+Na2CO3+3CO2=Na2B4O7+2H2O+4MgCO3。硼砂溶液调节pH得到硼酸，加热分解得到A为B2O3。硼泥中含有MgCO3、Fe3O4、Al2O3、SiO2等，加入氢氧化钠溶液，Al2O3、SiO2溶解，滤渣中含有MgCO3、Fe3O4，再用盐酸溶解，得到溶液中含有MgCl2、FeCl2、FeCl3，加H2O2溶液将亚铁离子氧化为铁离子，再调节溶液pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀过滤除去，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶得到MgCl2•7H2O，为防止氯化镁水解，在HCl环境下加热失去结晶水，最后电解熔融氯化镁得到Mg。

(1)将铁硼矿研磨粉碎可以增大反应物的接触面积，加快化学反应速率，提高原料的利用率等；铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Al2O3和SiO2)碳解生成硼砂，碳解过程的化学方程式为：2Mg2B2O5＋Na2CO3＋3CO2=Na2B4O7＋4MgCO3，生成的MgCO3以及原料中的Fe3O4、Al2O3和SiO2均不与Na2CO3反应，经过滤后得到硼砂溶液和硼泥；

(2)碳解过程的化学方程式为：2Mg2B2O5＋Na2CO3＋3CO2=Na2B4O7＋4MgCO3；硼酸受热分解的化学方程式为：2H3BO33H2O＋B2O3，A为B2O3，Mg与B2O3反应制备硼的化学方程式为：3Mg＋B2O32B＋3MgO；

(3)净化除杂过程中加入H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，其离子方程式为：2H＋＋H2O2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2H2O，用MgO调节溶液pH约为5，其目的是使Fe3＋形成氢氧化物沉淀而除去；

(4)用MgCl2·7H2O制取MgCl2时，为防止MgCl2水解，反应需在干燥的HCl气氛和加热条件下进行；

(5)根据化学方程式NaOH＋H3BO3=Na[B(OH)4]，可确定溶液中阳离子为H＋和Na＋，阴离子为[B(OH)4]－和OH－，由电荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝c([B(OH)4]－)＋c(OH－)，A项正确；[B(OH)4]－水解使溶液呈碱性，故c(Na＋)＞c([B(OH)4]－)＞c(OH－)＞c(H＋)，B项错误；由物料守恒：c(Na＋)＝c([B(OH)4]－)＋c(H3BO3)，C项正确。答案选AC。