Question

硼酸（H₃BO₃)大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（2Mg0.B₂0₃.H₂0、Si0₂及少量Fe₃0₄、CaCO₃, Al₂O₃)为原料生产硼酸的工艺流程如下：

已知：H₃BO₃在20⁰C、40⁰C、60⁰C、100⁰C时的溶解度依次为5.0 g、8.7 g、14.8 g、40. 2 g。Fe^{3 +}、Al³⁺、Fe^{2 +}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）由于矿粉中含CaC0₃，为防止“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，应采取的措施是：                                                                                     。
（2）“浸出液”显酸性，含H₃B0₃和Mg²⁺和SO₄^2-，还含有Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺等杂质。“除杂”时向浸出液中依次加入适量H₂0₂和Mg0,除去的杂质离子是_______。H₂O₂的作用是____________________________________________ (用离子方程式表示）。
（3）“浸取”后，采用“热过滤”的目的是_____________________________________。
（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下图，且溶 液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgS0₄·H₂0,应采取的 措施是将“母液”蒸发浓缩，____________
（5）硼酸（H₃BO₃）溶液中存在如下反应：H₃BO₃(aq)+H₂O(l)  [B(OH)₄]^－（aq）+H⁺(aq)   K＝5.7×10^－10（298K）

计算25℃时0.7mol·L^－1硼酸溶液中H^＋的浓度。（写出计算过程）
（6）已知298K时：

化学式	碳酸	醋酸
电离常数	K1=4.4×10－7 K2=4.7×10－11	K＝1.75×10－5

 
下列说法正确的是               。
A．碳酸钠溶液滴入硼酸中能观察到有气泡产生
B．碳酸钠溶液滴入醋酸中能观察到有气泡产生 
C．等浓度的碳酸和硼酸溶液比较，pH：前者＞后者
D．等浓度的碳酸钠和醋酸钠溶液比较，pH：前者＞后者

Answer 1

（1）分批慢慢加入稀硫酸 （2分）
（2）Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺（2分，全对才得分）   2 Fe²⁺ +2H⁺ +H₂O₂ = 2Fe³⁺ +2H₂O（2分）
（3）防止因温度下降时H₃BO₃从溶液中析出（2分）
（4）加压升温结晶（2分）
（5）                     H₃BO₃ (aq)＋H₂O (l) [B(OH)₄]^－ (aq)＋H^＋(aq)
起始时各物质浓度/ mol·L^－1： 0.70                    0            0
平衡时各物质浓度/ mol·L^－1： 0.70－x                    x            x
K＝＝＝＝5.7×10^－10
x²＝3.99×10^－10    x＝2×10^－5（mol·L^－1） 
（共4分。两段式1分；K的表达式1分；代入数字的式子1分；结果1分）
（6）BD（2分）

解析试题分析:（1）浸取矿粉时，矿分中含有石灰石，所以如果一次性加入硫酸，会导致CaCO3分解产生大量气泡，所以防止大量气泡产生，可以控制加入硫酸的量来控制反应，所以可以分批慢慢加入硫酸。
（2）含有的Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等杂质离子在pH分别为3. 2、 5.2、9.7时沉淀，而Mg²⁺在12.4沉淀，所以要用Mg0调节pH使杂质离子沉淀，应该先把Fe²⁺ 氧化为Fe³⁺ 而沉淀除去，而最终能够沉淀的离子只有Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺ ，双氧水的作用为把Fe²⁺ 氧化为Fe³⁺ ，反应方程式为2 Fe²⁺ +2H⁺ +H₂O₂ = 2Fe³⁺ +2H₂O。
（3）由于H₃BO₃在水中的溶解度随温度增大而增大，所以要浸取得到更多的产品，应加热浸出液，并采用热过滤的方法过滤，防止因温度降低H₃BO₃在水中析出。
（4）从图像可以看出，硫酸镁随着温度不同容易形成不同的晶体，而要收集
到的MgS0₄·H₂0在较高温度下才结晶，且该晶体的溶解度随温度升高而减小，所以
要在接近200℃的较高温度下得到该晶体，常压下蒸发结晶较难，应该选择加压升温结晶的方法。
（5）                     H₃BO₃ (aq)＋H₂O (l) [B(OH)₄]^－ (aq)＋H^＋(aq)
起始时各物质浓度/ mol·L^－1： 0.70                    0            0
平衡时各物质浓度/ mol·L^－1： 0.70－x                    x            x
K＝＝        ＝        ＝5.7×10^－10
x²＝3.99×10^－10    x＝2×10^－5（mol·L^－1） 
（6）对比硼酸和表格中碳酸、醋酸的电离程度，可知3者的酸性大小为:醋酸＞碳酸＞硼酸＞HCO3-,所以根据酸性大小分析：根据强酸制弱酸原理，碳酸钠溶液滴入硼酸中不能有气泡产生，A错误；碳酸钠溶液滴入醋酸中能观察到有气泡产生，B正确；等浓度的碳酸和硼酸溶液比较，碳酸酸性强，pH值小，C错误；等浓度的碳酸钠和醋酸钠溶液比较，碳酸钠水解程度大，碱性强，所以pH大，D正确。故选BD。
考点：本题考查的是化学工艺流程题，涉及离子的沉淀、晶体的制备、电离平衡常数的计算和应用等知识。