Question

20．硼酸（H₃BO₃）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（Mg₂B₂0₅•H₂0、Si0₂及少量Fe₃0₄、CaCO₃，Al₂O₃）为原料生产硼酸的工艺流程如图：

已知：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，“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，故应分批加入稀硫酸．该反应的化学方程式为CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）“浸出液”显酸性，含H₃B0₃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H₂0₂和Mg0，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）已知H₃B0₃与过量NaOH溶液反应生成Na[B（OH）₄]，试写出H₃B0₃在溶液中的电离方程式：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）．
（4）B₂H₆气体与水反应也可以得到硼酸，该反应的化学方程式为B₂H₆+6H₂O=2H₃BO₃+6H₂↑．
（5）单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢．以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程2H₃BO₃+3Mg=3MgO+2B+3H₂O．

Answer 1

分析 用硫酸浸取只有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、铝离子均转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，过滤分离，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H₃BO₃晶体．
（1）碳酸钙与硫酸反应生成硫酸根、二氧化碳与水；
（2）加适量H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加MgO调节溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀而除去；
（3）H₃BO₃与过量NaOH溶液反应生成Na[B（OH）₄]，H₃BO₃属于一元酸，电离出[B（OH）₄]^-与H⁺；
（4）B₂H₆气体与水反应也可以得到硼酸，B元素化合价升高，而H元素化合价降低生成氢气；
（5）硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，反应生成MgO、硼与水．

解答 解：用硫酸浸取只有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、铝离子均转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，过滤分离，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H₃BO₃晶体．
（1）碳酸钙与硫酸反应生成硫酸根、二氧化碳与水，反应方程式为：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案为：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）加适量H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应离子方程式为：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）H₃BO₃与过量NaOH溶液反应生成Na[B（OH）₄]，H₃BO₃属于一元酸，电离出[B（OH）₄]^-与H⁺，属于弱酸，电离方程式为：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq），
故答案为：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）；
（4）B₂H₆气体与水反应也可以得到硼酸，B元素化合价升高，而H元素化合价降低生成氢气，反应方程式为：B₂H₆+6H₂O=2H₃BO₃+6H₂↑，
故答案为：B₂H₆+6H₂O=2H₃BO₃+6H₂↑；
（5）硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，反应生成MgO、硼与水，反应方程式为：2H₃BO₃+3Mg=3MgO+2B+3H₂O，
故答案为：2H₃BO₃+3Mg=3MgO+2B+3H₂O．

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、化学方程式书写等，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．