题目内容
【题目】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
【答案】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 Mg2B2O5H2O、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+H2OH++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;
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