Question

以硼镁矿（含Mg₂B₂O₅·H₂O、SiO₂及少量Fe₂O₃、Al₂O₃）为原料制备硼酸（H₃BO₃）。

请回答下列问题：

（1）流程中“反应”的实验装置如图所示：

①反应时需控制在95℃进行，控制反应温度的适宜方法是____。

②反应产生的气体需要净化处理，请从图中选择合适的装置____（填字母代号）。

（2）根据如图所示，流程中“过滤”操作的适宜温度是________（填字母代号）。

A.0-20℃    B.20-40℃    C.50-60℃    D.    60-80℃

 

（3）根据H₃BO₃的电离反应：H₃BO₃＋H₂OH^＋＋B(OH)₄^－，Ka=5.7×10^－10，可判断H₃BO₃是____酸；将溶液pH调解至3.5目的是____。

（4）实验时若被强碱溅到皮肤，先用大量水冲洗，水洗后再涂上硼酸溶液，写出有关离子方程式：____。

（5）实验中得到的粗硼酸还需要重结晶进行提纯，重结晶得到的母液可以在下一次重结晶时重复使用，但达到一定次数后必须净化处理，原因是____。

（6）预测定硼酸的纯度，因硼酸酸性过弱不能直接滴定。可先将硼酸与甘油作用生成甘油硼酸(Ka＝8.4×10^-6)，再用NaOH标准溶液滴定(酚酞作指示剂)。已知硼酸的摩尔质量为61.8g·mol^-1，滴定前称取3.00g硼酸试样，配成250mL溶液，每次取25.00mL于锥形瓶中滴定，消耗0.2000mol·L^－1NaOH标准液的平均体积为20.00mL。

①计算所得硼酸的纯度____

②若用NaOH标准溶液直接滴定硼酸，测得的硼酸的纯度将____（填字母代号）。

A．偏大    B．偏小    C．无影响    D．无法确定

Answer

水浴加热 B C 一元弱酸 转化为H3BO3，促进析出 H3BO3+OH-=B(OH)4- 多次使用后母液中杂质的浓度增大，再次重结晶时，会析出杂质，影响产品的纯度 82.4% B

【解析】

硼镁矿（含 Mg2B2O5•H2O、SiO2 及少量 Fe2O3、Al2O3）加入（NH4）2SO4溶液，得到气体，根据硼镁矿和硫酸铵化学式知，得到的气体为NH3，过滤中得到的滤渣为难溶性的SiO2、Fe2O3、Al2O3，调节溶液pH=3.5时得到H3BO3；

(1)①水浴加热可以受热均匀，更好的控制温度；

②据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气，氨气极易溶于水，属于碱性气体，所以选择既要防制倒吸，又能和氨气反应的物质进行除杂处理；

(2)根据图2可知温度为50-60℃之间时两者的溶解度差值最大；

(3)根据H3BO3的电离反应：H3BO3+H2O⇌H++B（OH）4-，Ka=5.7×10-10，只能电离出一个H+；将溶液pH调解至3.5 有利于强酸制弱酸；

(4)硼酸属于一元弱酸，能和强碱反应生成盐和水；

(5)由于使用的次数较多后，母液中杂质的浓度增大，影响产品纯度，所以进行必须净化处理；

(6)①由于H3BO3是一元 酸，所以消耗NaOH的物质的量与H3BO3的物质的量为1：1，则，所以根据m=nM可求出样品中硼酸的质量，最终可求出纯度；

②若用NaOH标准溶波直接滴定硼酸，生成的硼酸钠水解显碱性，由于硼酸是很弱的酸，越弱越水解，会导致加入的NaOH量偏少就达到滴定终点，所以会导致硼酸的纯度偏小。

(1)①控制温度在100℃以下，一般用水浴加热；

②加入(NH4)2SO4后生成的气体为NH3，NH3极易溶于水，吸收时需要注意防倒吸。

A．多孔泡球浸入硫酸中，不能防倒吸，A错误；

B．球形干燥管插入硫酸中，有防倒吸的功能，B正确；

C．碱石灰不能吸收NH3，C错误；

D．饱和食盐水可以溶解NH3，不能防倒吸，D错误；

故选B；

(2)过滤后要得到硼酸，需要让硼酸基本不溶，而MgSO4几乎全溶，图中50-60℃时MgSO4的溶解度最大，而硼酸的溶解度较小，符合题意，故选C；

(3)由H3BO3的电离反应：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)4－可知H3BO3是一元酸，由Ka=5.7×10－10可知H3BO3是弱酸；由于H3BO3是弱酸，调pH至3.5目的是让溶液中的硼酸盐转化为H3BO3，促进析出；

(4)硼酸是弱酸，可以与碱反应，根据已知H3BO3的电离反应，可以看出硼酸与碱反应的离子方程式是：H3BO3+OH-=B(OH)4-；

(5)每次结晶后，杂质都会留在母液中，多次使用后母液中杂质的浓度增大，再次重结晶时，会析出杂质，影响产品的纯度；

(6)①滴定至终时，消耗0.2000mol·L－1NaOH标准液的平均体积为20.00mL，这些NaOH的物质的量为，由于H3BO3是一元 酸，所以消耗NaOH的物质的量与H3BO3的物质的量为1：1，则。所以样品中硼酸的质量为，纯度为；

②若用NaOH标准溶波直接滴定硼酸，生成的硼酸钠水解显碱性，由于硼酸是很弱的酸，越弱越水解，会导致加入的NaOH量偏少就达到滴定终点，所以会导致硼酸的纯度偏小，故选B；