Question

16．硼酸（H₃BO₃）为白色粉末状结晶，大量用于玻璃工业，可以改善玻璃制品的耐热、透明性能，提高机械强度，缩短熔融时间．以铁硼矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，还有少量Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃和SiO₂等）为原料制备硼酸的工艺流程如下（部分操作和条件略）：
Ⅰ．向铁硼矿粉中加入过量稀H₂SO₄，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量双氧水，再调节溶液的pH约为5；
Ⅲ．过滤，将所得滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得粗硼酸和含镁盐的母液；
Ⅳ．粗硼酸精制得硼酸．
已知：
生成氢氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mg（OH）2
开始沉淀时	3.8	5.8	2.2	10.6
完全沉淀时	4.7	8.3	4.0	12

注：金属离子的起始浓度为0.01mol•L^-1
请回答：
（1）写出Mg₂B₂O₅•H₂O与硫酸反应的化学方程式：Mg₂B₂O₅•H₂O+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₃BO₃+2MgSO₄．
（2）为提高步骤I中的反应速率，可采取的措施有升高温度、适当增大硫酸的浓度或减小铁硼矿粉的粒径等（写出两条）．
（3）步骤Ⅱ的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；使Al³⁺与Fe³⁺形成氢氧化物沉淀而除去．
（4）“粗硼酸”中的主要杂质是MgSO₄．

Answer 1

分析 以铁硼矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，还有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）为原料制备硼酸（H₃BO₃），由流程可知，加硫酸溶解Fe₃O₄、SiO₂不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO₄，“净化除杂”需先加H₂O₂溶液，将亚铁离子转化为铁离子，调节溶液的pH约为5，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，以此来解答，
（1）Mg₂B₂O₅•H₂O与硫酸反应生成硫酸镁和硼酸；
（2）为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有提高反应温度或减小铁硼矿粉粒径等；
（3）双氧水具有氧化性，能将还原性亚铁离子氧化生成铁离子；条件溶液的pH在5左右时Fe³⁺、Al³⁺均转化为沉淀；
（4）最后浓缩结晶时硫酸镁易结合水以晶体析出，则“粗硼酸”中的主要杂质是硫酸镁；

解答 解：（1）Mg₂B₂O₅•H₂O与硫酸反应的化学方程式：Mg₂B₂O₅•H₂O+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₃BO₃+2MgSO₄，
故答案为：Mg₂B₂O₅•H₂O+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₃BO₃+2MgSO₄；
（2）为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有提高反应温度或减小铁硼矿粉粒径等，
故答案为：升高温度、适当增大硫酸的浓度或减小铁硼矿粉的粒径等；
（3）“净化除杂”需先加H₂O₂溶液，作用是将亚铁离子氧化为铁离子．然后在调节溶液的pH约为5，目的是使铁离子、铝离子形成氢氧化物沉淀而除去，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；使Al³⁺与Fe³⁺形成氢氧化物沉淀而除去；
（4）最后浓缩结晶时硫酸镁易结合水以晶体析出，则“粗硼酸”中的主要杂质是硫酸镁，
故答案为：MgSO₄ ；

点评 本题考查物质分离和提纯的综合应用，为高频考点，涉及基本实验操作、化学用语、氧化还原反应等知识点，把握实验流程及发生的反应、混合物分离提纯方法为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．