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。Fe3 +、Al3 +、Fe2 +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SO42-，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

【答案】

（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。