Question

5．硼酸（H₃BO₃）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（2MgO•B₂O₃•H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃，Al₂O₃）为原料生产硼酸的工艺流程如图1：

已知：H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g．Fe³⁺、Al^3 +、Fe²⁺和Mg^2 +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CaCO₃，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：分批慢慢加入稀硫酸．
（2）“浸出液”显酸性，含H₃BO₃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H₂O₂和MgO，除去的杂质离子是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺．H₂O₂的作用是H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O （用离子方程式表示）．
（3）“浸取”后，采用“热过滤”的目的是防止温度下降时H₃BO₃从溶液中析出．
（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图2，且溶液的沸点随压强增大而升高．为了从“母液”中充分回收MgSO₄•H₂0，应采取的 措施是将“母液”蒸发浓缩，加压升温结晶
（5）已知298K时，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

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

下列说法正确的是BD．
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

分析 由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO₄，趁热过滤，防止H₃BO₃从溶液中析出，“除杂”需先加H₂O₂溶液，将亚铁离子转化为铁离子，再加入MgO调节溶液的pH约为5.2，使铁离子、铝离子均转化为沉淀，则滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H₃BO₃．
（1）应分批加入H₂SO₄，降低反应速率；
（2）加适量H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加MgO调节PH，使Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀而除去，所以除去的离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
（3）由目信息可知：H₃BO₃的溶解度随温度的升高而增大，所以要采用“热过滤”，以防温度下降时H₃BO₃从溶液中析出；
（4）根据图2可知，温度越高MgSO₄•H₂O的溶解度越小，由于溶液的沸点随压强增大而升高，为了防止溶液沸腾，应该在较高的压强条件下加热，使MgSO₄•H₂O结晶析出；
（5）相同温度、浓度下，酸的电离平衡常数越大，酸的酸性越强，其酸根离子的水解能力越小，结合强酸制取弱酸分析解答．

解答 解：（1）发生发生：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，应分批加入H₂SO₄，降低反应速率，防止产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，
故答案为：分批慢慢加入稀硫酸；
（2）加适量H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，所以H₂O₂的作用是：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加MgO调节PH，使Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀而除去，所以除去的离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由题目信息可知：H₃BO₃的溶解度随温度的升高而增大，所以要采用“热过滤”，以防温度下降时H₃BO₃从溶液中析出，
故答案为：防止温度下降时H₃BO₃从溶液中析出；
（4）根据图2可知，温度越高MgSO₄•H₂O的溶解度越小，由于溶液的沸点随压强增大而升高，为了防止溶液沸腾，应该在较高的压强条件下加热，使MgSO₄•H₂O结晶析出，
故答案为：加压升温结晶；
（5）相同温度、浓度下，酸的电离平衡常数越大，酸的酸性越强，其酸根离子的水解能力越小，根据电离平衡常数知，酸性强弱顺序：CH₃COOH＞H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以离子水解能力：碳酸根离子＞碳酸氢根离子＞醋酸根离子，
A．酸性H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以碳酸钠溶液滴入硼酸中生成碳酸氢钠和硼酸钠，没有气体生成，故A错误；
B．酸性CH₃COOH＞H₂CO₃，所以碳酸钠溶液滴入醋酸中生成醋酸钠、水和二氧化碳，所以能看到有气泡生成，故B正确；
C．酸性H₂CO₃＞H₃BO₃，所以碳酸的电离程度大于硼酸，则等浓度的碳酸和硼酸溶液比较，碳酸的酸性大于硼酸，所以pH：前者＜后者，故C错误；
D．酸性CH₃COOH＞H₂CO₃，所以碳酸根离子水解能力大于醋酸根离子，则等浓度的碳酸钠和醋酸钠溶液比较，pH：前者＞后者，故D正确；
故答案为：BD．

点评 本题考查物质制备方案、物质的分离提纯、对操作与试剂的分析评价、化学反应速率影响因素、弱电解质电离、盐类水解等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．