Question

硼酸(H₃BO₃)是有重要用途的一元弱酸。请回答下列问题：

(1)单质硼溶于热的浓硝酸可以生成硼酸，该反应的化学方程式为___________。

(2)利用铁硼矿(主要成分为Mg₂B₂O₅·H₂O和Fe₃O₄，还有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等)制硼酸，已知天然的Fe₃O₄不溶于酸。生产硼酸的工艺流程如下：

①“浸渣”主要成分的化学式为_____________。

②“净化除杂”：滤液保持一定温度，需先加H₂O₂溶液，然后再调节溶液的pH=5.6。温度不宜过高的原因是___________。调节溶液的pH=5.6的主要目的是___________。

[已知：K_sp[Fe(OH)₃]=2.6×10^-39]， K_sp[Al(OH)₃]=1.3×10^-33，

[已知：K_sp[Fe(OH)₂]=4.7×10^-6]，  K_sp[Mg(OH)₂]=5.6×10^-12，

(3)硼酸也可以通过电解方法制备。工作原理如图所示。

①写出阳极的电极反应式___________________。

②a膜或b膜为阳离子交换膜的是________；阴极室溶液的浓度________(填“变大”、“不变”、“变小”)。

(4)写出一定条件下硼酸与氢氧化钠溶液反应的化学方程式_________________________。

Answer

B+3HNO3H3BO3+3NO2↑ SiO2、Fe3O4 温度过高使H2O2分解 使Fe3+、Al3+完全形成氢氧化物沉淀 2H2O-4e-=O2↑+4H+ a膜 变大 NaOH+H3BO3=NaB(OH)4

【解析】

（1）B与浓硝酸的反应类似于C与浓硝酸的反应；

（2）根据反应流程分析，硫酸浸出剩余物质只有Fe3O4和SiO2，其余物质均变为对应离子，净化除杂过程主要将溶液中的Fe2+、Fe3+、Al3+均转化为沉淀，利用溶度积的差异可以通过缓慢提高pH实现杂质离子的去除。

（3）根据电源情况判断左边为阳极，右边为阴极，依据电化学相关知识作答。

（1）单质硼溶于热的浓硝酸可以生成硼酸，方程式为：B+3HNO3H3BO3+3NO2↑；

（2）①反应的原料中除了SiO2、Fe3O4之外，其余物质均可以与硫酸反应生成对应的离子，故“浸渣”主要成分为：SiO2、Fe3O4；②H2O2受热易分解为水和氧气，故温度不宜过高，调节pH为5.6的目的是使Fe3+、Al3+完全形成氢氧化物沉淀，故答案为①温度过高使H2O2分解；②使Fe3+、Al3+完全形成氢氧化物沉淀；

（3）①阳极室溶液为稀硫酸，石墨电极为惰性电极，阳极应该是溶液中的水失电子生成氧气，电极反应为：2H2O-4e-=O2↑+4H+；②溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故a膜为阳离子交换膜，阴极室发生得电子的还原反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，有OH-生成，溶液的pH增大，故答案为①2H2O-4e-=O2↑+4H+；②a膜；变大；

（4）硼酸与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：NaOH+H3BO3=NaB(OH)4