Question

硼酸(H₃BO₃)大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿(含2MgO·B₂O₃·H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃)为原料生产硼酸的工艺流程如下：

已知：H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0 g、8.7 g、14.8 g、40.2g。Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4。

(1)“浸取”时主要反应的化学方程式为_____________________。

(2)“浸取”后，采用“热过滤”的目的是___________________________。

(3)“浸出液”显酸性，含H₃BO₃和Mg²⁺、SO₄^2-，还含有其他杂质。“除杂”时向浸出液中依次加入适量H₂O₂和MgO，除去的杂质离子是__________。H₂O₂的作用是______(用离子方程式表示)。

(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，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”蒸发浓缩后，最佳结晶条件是_____________。

A. 升温结晶            B. 降温结晶     C. 加压升温结晶        D. 降压降温结晶

(5)在实际生产中为了提高原料的综合利用率，可以利用除杂后滤渣作为提炼铝的原料，工艺流程为：

试剂a可选用________(化学式)溶液，若试剂b为AlCl₃则由滤液得固体A的离子反应方程式为___________，在实际工业生产中，流程中的一定条件指的是________。

Answer

2MgO•B2O3•H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 防止温度下降时H3BO3从溶液中析出 Fe3+、Fe2+、Al3+ H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O C NaOH Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓ 熔融电解

【解析】

由流程可知，加硫酸溶解只有SiO2不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO4，趁热过滤，防止H3BO3从溶液中析出，“除杂”需先加H2O2溶液，将亚铁离子转化为铁离子，再加入MgO调节溶液的pH约为5.2，使铁离子、铝离子均转化为沉淀，则滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H3BO3，

（1）根据元素守恒可写出2MgO·B2O3·H2O浸取生成H3BO3的化学方程式；

（2）由目信息可知：H3BO3的溶解度随温度的升高而增大，所以要采用“热过滤”，以防温度下降时H3BO3从溶液中析出，加硫酸溶解只有SiO2不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO4；

（3）浸出液中有 Fe3+、Fe2+、Al3+杂质，通过调节溶液pH值除去杂质且不引入新的杂质，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，反应的离子方程式是H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O ；

（4）根据MgSO4．H2O的溶解度随温度变化的曲线可知，温度越高，MgSO4．H2O溶解度越小，据此判断操作；

(5) 滤渣是氢氧化铁和氢氧化铝，加入氢氧化钠溶液，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，滤渣是氢氧化铁，向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳或者氯化铝溶液生成氢氧化铝沉淀，过滤得到氢氧化铝，加热氢氧化铝分解得到三氧化铝和水，电解熔融氧化铝制得铝。

(1)根据元素守恒可写知2MgO·B2O3·H2O浸取生成H3BO3的化学方程式为2MgO•B2O3•H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 ，

故答案为：2MgO•B2O3•H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 ；

(2)浸出液中有 Fe3+、Fe2+、Al3+杂质，需要通过调节溶液pH值除去杂质且不引入新的杂质，所以加入MgO调节溶液pH的目的是除去溶液中的 Fe3+、Fe2+、Al3+杂质，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，反应的离子方程式是H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O，

故答案为：除去溶液中的 Fe3+、Fe2+、Al3+杂质；H2O2 + 2H+ +2Fe2+ = 2Fe3+ + 2H2O ；

(3)由题目信息可知：H3BO3的溶解度随温度的升高而增大,所以要采用“热过滤”，以防温度下降时H3BO3从溶液中析出，

故答案为：防止温度下降时H3BO3从溶液中析出；

(4)根据MgSO4•H2O的溶解度随温度变化的曲线可知，温度越高，MgSO4•H2O溶解度越小，所以从“母液”中充分回收MgSO4•H2O，应采取加压升温结晶的方法，

故选：C；

（5）滤渣是氢氧化铁和氢氧化铝，加入氢氧化钠溶液，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，滤渣是氢氧化铁，向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳或者氯化铝溶液生成氢氧化铝沉淀，加入氯化铝发生反应的离子方程式是：Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3 ↓，过滤得到氢氧化铝， 加热氢氧化铝分解得到氧化铝和水，电解熔融氧化铝制得铝，

故答案为： NaOH；Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓；熔融电解。