Question

6．单质硼是冶金、建材、化工、核工业等领域的重要原料，而金属镁是当今世界高科技领域用途最广泛的有色材料，广泛应用于航空航天等国防军事工业．以铁硼矿为原料，利用碳碱法工艺生产硼和镁，其工艺流图如下：
已知：铁硼矿的主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，含有少量Al₂O₃和SiO₂等；硼砂的化学式为Na₂B₄O₇•10H₂O．
（1）铁硼砂“研磨粉碎”的目的是增大接触面积，提高反应速率；操作Ⅰ的名称为过滤；“硼泥”中除杂质SiO₂和Al₂O₃外，其他成分为MgCO₃、Fe₃O₄（填化学式）．
（2）写出流程图中“碳解”过程的化学方程式：2Mg₂B₂O₅•H₂O+Na₂CO₃+3CO₂=Na₂B₄O₇+2H₂O+4MgCO₃；金属Mg与A反应制备硼的化学方程式为3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2B+3MgO．
（3）碳碱法工艺需两次调节pH：①常用H₂SO₄溶液调节pH=2～3制取H₃BO₃，其离子方程式为B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；②制取MgCl₂•6H₂O的“净化除杂”过程中，需先加H₂O₂溶液，其作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后用MgO调节pH约为5，其目的是使Fe³⁺水解转化为Fe（OH）₃．
（4）MgCl₂•6H₂O制取MgCl₂过程中为防止MgCl₂水解需在“一定条件下”，则该条件是指HCl气体氛围下
（5）实验时不小心触碰到NaOH，可用大量清水冲洗再涂抹硼酸，有关化学方程式为NaOH+H₃BO₃═Na[B（OH）₄]，下列关于Na[B（OH）₄]溶液中微粒浓度关系正确的是AC（填字母）．
A．c（Na⁺）+c（H⁺）=c{[B（OH）₄]^-}+c（OH^-）
B．c（Na⁺）＞c{[B（OH）₄]^-}＞c（H⁺）＞c（OH^-）
C．c（Na⁺）=c{[B（OH）₄]^-}+c（H₃BO₃）

Answer 1

分析 铁硼矿的主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，含有少量Al₂O₃和SiO₂等，碳解得到硼砂溶液（Na₂B₄O₇•10H₂O），过滤分离，碳解发生反应：2Mg₂B₂O₅•H₂O+Na₂CO₃+3CO₂=Na₂B₄O₇+2H₂O+4MgCO₃．硼砂溶液调节pH得到硼酸，加热分解得到A为B₂O₃．硼泥中含有MgCO₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、SiO₂等，加入氢氧化钠溶液，Al₂O₃、SiO₂溶解，滤渣中含有MgCO₃、Fe₃O₄，再用盐酸溶解，得到溶液中含有MgCl₂、FeCl₂、FeCl₃，加H₂O₂溶液将亚铁离子氧化为铁离子，再调节溶液pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀过滤除去，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶得到MgCl₂•6H₂O，为防止氯化镁水解，在HCl环境下加热失去结晶水，最后电解熔融氯化镁得到Mg．
（5）A．根据电荷守恒判断；
B．Na[B（OH）₄]溶液溶液呈碱性；
C．根据物料守恒判断．

解答 解：铁硼矿的主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，含有少量Al₂O₃和SiO₂等，碳解得到硼砂溶液（Na₂B₄O₇•10H₂O），过滤分离，碳解发生反应：2Mg₂B₂O₅•H₂O+Na₂CO₃+3CO₂=Na₂B₄O₇+2H₂O+4MgCO₃．硼砂溶液调节pH得到硼酸，加热分解得到A为B₂O₃．硼泥中含有MgCO₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、SiO₂等，加入氢氧化钠溶液，Al₂O₃、SiO₂溶解，滤渣中含有MgCO₃、Fe₃O₄，再用盐酸溶解，得到溶液中含有MgCl₂、FeCl₂、FeCl₃，加H₂O₂溶液将亚铁离子氧化为铁离子，再调节溶液pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀过滤除去，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶得到MgCl₂•6H₂O，为防止氯化镁水解，在HCl环境下加热失去结晶水，最后电解熔融氯化镁得到Mg．
（1）铁硼砂“研磨粉碎”的目的是：增大接触面积，提高反应速率，操作Ⅰ为过滤，硼泥中含有MgCO₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、SiO₂等，“硼泥”中除杂质SiO₂和Al₂O₃外，其他成分为MgCO₃、Fe₃O₄，
故答案为：增大接触面积，提高反应速率；过滤；MgCO₃、Fe₃O₄；
 （2）流程图中“碳解”过程的化学方程式：2Mg₂B₂O₅•H₂O+Na₂CO₃+3CO₂=Na₂B₄O₇+2H₂O+4MgCO₃，金属Mg与A反应制备硼的化学方程式为：3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案为：2Mg₂B₂O₅•H₂O+Na₂CO₃+3CO₂=Na₂B₄O₇+2H₂O+4MgCO₃；3Mg+B₂O₃$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2B+3MgO；
（3）碳碱法工艺需两次调节pH：①常用H₂SO₄溶液调节pH=2～3制取H₃BO₃，其离子方程式为：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓，②制取MgCl₂•6H₂O的“净化除杂”过程中，需先加H₂O₂溶液，其作用是：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后用MgO调节pH约为5，其目的是：使Fe³⁺水解转化为Fe（OH）₃，
故答案为：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；使Fe³⁺水解转化为Fe（OH）₃；
（4）MgCl₂•6H₂O制取MgCl₂过程中为防止MgCl₂水解需在“一定条件下”，则该条件是指：HCl气体氛围下，
故答案为：HCl气体氛围下；
（5）A．c（Na⁺）+c（H⁺）=c{[B（OH）₄]^-}+c（OH^-），符合电荷守恒，故A正确；
B．Na[B（OH）₄]溶液溶液呈碱性，应为c（Na⁺）＞c{[B（OH）₄]^-}＞c（OH^-）＞c（H⁺），故B错误；
C．由Na、B物质的量1：1可知，c（Na⁺）=c{[B（OH）₄]^-}+c（H₃BO₃），故C正确，
故选：AC．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及物质的分离与提纯、对原理与条件控制分析、盐类水解等，关键是对工艺流程理解，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．