Question

硼酸和硫酸镁是重要的化工原料。以硼铁混精矿[主要成分为MgBO₂（OH）、UO₂和Fe₃O₄，还有少量的Fe₂O₃、FeO、SiO₂]为原料制备硼酸和硫酸镁的工艺流程如下：

已知：①UO₂^2＋在pH为4－5的溶液中生成UO₂（OH）₂沉淀；②Fe^2＋和Fe^3＋沉淀完全的pH分别为9.7、3.7。

（1）酸浸过程中MgBO₂（OH）与硫酸反应的离子方程式为_____。

（2）酸浸过程中加入H₂O₂的目的是______（写出两条），滤渣1的主要成分是___（填化学式）。

（3）试剂1最好选择_____（填化学式）。若调节溶液pH前，溶液中c（Mg^2＋）＝0.2 mol/L，当溶液pH调至5时，UO^2＋沉淀完全，此时是否有Mg（OH）₂沉淀生成____。{通过计算说明，K_sp[Mg（OH）₂]＝5.6×10^－12}

（4）操作1的名称是_____。

（5）MgSO₄·H₂O加热脱水可以得无水MgSO₄，那么MgCl₂·6H₂O晶体直接加热___（填“能”或“不能”）得到无水MgCl₂，理由是_______。

（6）已知：H₂CO₃的K_a1＝4.4×10^－7，K_a2＝4.7×10^－11；H₃BO₃的K_a＝5.8×10^－10。向碳酸钠溶液里逐滴加入硼酸溶液____（填“有”或“无”）气泡产生，理由是____。

Answer

MgBO2(OH)+2H+=Mg2++H3BO3 将Fe2+氧化为Fe3+，将UO2氧化成UO22+便于后续过程除去 SiO2 MgO或者Mg(OH)2或者MgCO3 c(Mg2+)×c2(OH-)=0.2×(10-9)2=2×10-19＜Ksp[Mg (OH) 2]=5.6×10-12，因此不会产生Mg (OH) 2沉淀 趁热过滤 不能 加热时促进了MgCl2的水解，最终得到氢氧化镁、氧化镁或碱式碳酸镁 无 硼酸的酸性比碳酸弱

【解析】

用硫酸酸化的H2O2溶解硼铁混精矿，其中SiO2不溶于水和酸，经过滤可除去，所得滤液中主要含有UO22＋、Fe3+、Mg2+及H3BO3，用MgO或者Mg(OH)2或者MgCO3调节溶液pH，使溶液中Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀，并经过滤得滤渣2，将滤液蒸发、浓缩，趁热过滤，获得MgSO4·H2O晶体析出，将滤液冷却结晶，过滤可得粗硼酸，据此分析解题。

(1)酸浸过程中MgBO2(OH)与硫酸反应，生成硼酸和硫酸镁，发生反应的离子方程式为MgBO2(OH)+2H+=Mg2++H3BO3；

(2)酸浸过程中加入H2O2，利用H2O2的氧化性，将Fe2+氧化为Fe3+，同时将UO2氧化成UO22+便于后续过程除去；SiO2不溶于水和酸，则滤渣1的主要成分是SiO2；

(3)添加试剂1是调节溶液pH，则试剂1能与酸反应，且不引入新的杂质，故最好选择MgO或者Mg(OH)2或者MgCO3；c(Mg2＋)＝0.2 mol/L，当溶液pH调至5时，c(OH-)=1×10-9mol/L，则c(Mg2+)×c2(OH-)=0.2×(10-9)2=2×10-19＜Ksp[Mg (OH) 2]=5.6×10-12，因此不会产生Mg (OH) 2沉淀。

(4)结合以上分析可知，将滤液蒸发、浓缩，趁热过滤，获得MgSO4·H2O晶体析出，所以操作1的名称是趁热过滤；

(5)MgCl2能水解生成Mg (OH) 2和HCl，MgCl2·6H2O晶体直接加热时，促进Mg2+水解，且HCl挥发，则最终得到氢氧化镁、氧化镁或碱式碳酸镁，而不能得到无水MgCl2；

(6)已知：H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11；H3BO3的Ka＝5.8×10－10，则硼酸的酸性介于H2CO3和HCO3-之间，根据强酸制弱酸的原理，向碳酸钠溶液里逐滴加入硼酸溶液只能生成NaHCO3和NaBO3，无碳酸生成，即无气泡产生。