Question

3．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：

表一：硼酸在不同温度下的溶解度（s）

温度	20℃	40℃	60℃	100℃
溶解度（s）	5.0g	8.7g	14.8g	40.2g

表二：金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时（c≤1.0×10^-5mol•L^-1）的pH

金属阳离子	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+
pH	3.0	5.2	9.7	12.4

（1）写出2MgO•B₂O₃•H₂O浸取生成H₃BO₃的化学方程式：2MgO•B₂O₃•H₂O+2H₂SO₄=2MgSO₄+2H₃BO₃；
（2）除杂操作过程中加入MgO调节溶液pH的目的除去溶液中的Al³⁺、Fe³⁺杂质；
（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，浸出渣的成分SiO₂、CaSO₄；
（4）根据题中所给条件计算Fe（OH）₃的K_ap值1×10^-38；
（5）“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所示，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．H₂O，应采取的操作是a．
a．加压升温结晶b．降温结晶c．蒸发结晶．

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）根据元素守恒可写出2MgO•B₂O₃•H₂O浸取生成H₃BO₃的化学方程式；
（2）浸出液中有Al³⁺、Fe³⁺杂质，通过调节溶液pH值除去杂质且不引入新的杂质；
（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，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO₄；
（4）根据题中所给条件，氢氧化物形式完全沉淀时（c≤1.0×10^-5mol•L^-1），pH=3.0，计算Fe（OH）₃的K_sp值；
（5）根据MgSO₄．H₂O的溶解度随温度变化的曲线可知，温度越高，MgSO₄．H₂O溶解度越小，据此判断操作；

解答 解：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）根据元素守恒可写知2MgO•B₂O₃•H₂O浸取生成H₃BO₃的化学方程式为2MgO•B₂O₃•H₂O+2H₂SO₄=2MgSO₄+2H₃BO₃，
故答案为：2MgO•B₂O₃•H₂O+2H₂SO₄=2MgSO₄+2H₃BO₃；
（2）浸出液中有Al³⁺、Fe³⁺杂质，需要通过调节溶液pH值除去杂质且不引入新的杂质，所以加入MgO调节溶液pH的目的是除去溶液中的Al³⁺、Fe³⁺杂质，
故答案为：除去溶液中的Al³⁺、Fe³⁺杂质；
（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，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO₄，所以浸出渣的成分是SiO₂、CaSO₄，
故答案为：防止温度下降时H₃BO₃从溶液中析出；SiO₂、CaSO₄；
（4）根据题中所给条件，氢氧化物形式完全沉淀时（c≤1.0×10^-5mol•L^-1），pH=3.0，此时溶液中c（OH^-）=10^-11，所以Fe（OH）₃的K_sp=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-5×（10^-11）³=1×10^-38，
故答案为：1×10^-38；
（5）根据MgSO₄．H₂O的溶解度随温度变化的曲线可知，温度越高，MgSO₄．H₂O溶解度越小，所以从“母液”中充分回收　MgSO₄．H₂O，应采取加压升温结晶的方法，
故选a．

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、沉淀溶解平衡的计算、溶解度曲线的应用等，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．