Question

18．硼酸（H₃BO₃）微溶于水，其水溶液显弱酸性，对人体的受伤组织有防腐作用．工业上以硼镁矿（Mg₂B₂O₅•H₂O）为原料生产硼酸，同时以硼镁泥为原料制取硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业．生产工艺流程如下图所示，请回答下列问题：

注：
①硼镁泥的主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质．
②硼酸电离平衡常数K=5.8×10^-10
③

化合物	Mg（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
Ksp近似值	10-11	10-16	10-38	10-33

④已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

温度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

（1）写出上述流程中生成硼砂（Na₂B₄O₇）的离子方程式4BO₂^-+CO₂=B₄O₇^2-+CO₃^2-
（2）硼酸根离子可表示为B（OH）₄^-．写出硼酸电离的方程式H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺
（3）N滴定法测定硼酸晶体的纯度．研究结果表明，用0.1mol•L^-1NaOH溶液直接滴定硼酸溶液，滴定过程如曲线①所示，向硼酸溶液中加入多元醇后再滴定如曲线②所示．请分析，能否用强碱直接滴定硼酸溶液，不能 （填“能”或“不能”），理由是：没有明显的pH突变区域，无法判断终点，会造成较大的误差
（4）向硼镁泥酸浸后的溶液中，加入的NaClO可与Mn²⁺反应产生MnO₂沉淀，该反应的离子方程式是ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺．
（5）加碱调节至pH为4.7时，杂质离子便可完全沉淀．（离子浓度小于或等于1×l0^-5mol•L^-1时，即可认为该离子沉淀完全）
（6）“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根据上表数据，简要说明除钙的操作步骤蒸发浓缩结晶、趁热过滤．

Answer 1

分析 硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤分离，硼镁泥用硫酸酸浸，SiO₂不反应，再用NaClO将Mg²⁺氧化生成MnO₂沉淀，过滤分离，滤液中含有硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁，加入碱调节溶液pH析出氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，过滤分离，除钙后，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到硫酸镁晶体．NaBO₂溶液通入适量二氧化碳气体得到硼砂，常用稀H₂SO₄调pH得到H₃BO₃．
（1）NaBO₂溶液与二氧化碳反应得到Na₂B₄O₇，二氧化碳起碳酸作用，同时还生成碳酸盐；
（2）H₃BO₃与水形成配合物后电离出B（OH）₄^-与H⁺；
（3）没有明显的pH突变区域，无法判断终点；
（4）酸性条件下，加入的NaClO可与Mn²⁺反应产生MnO₂沉淀，次氯酸根被还原为氯离子，结合电荷守恒可知有氢离子生成；
（5）加入碱调节溶液pH析出氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，氢氧化铝的溶度积较大，完全沉淀时碱性较强，根据氢氧化铝的溶度积计算溶液中OH^-浓度，再结合水的离子积计算c（H⁺），根据pH=-lgc（H⁺）计算；
（6）硫酸镁与硫酸钙相比，随温度升高，硫酸镁溶解度增大，而硫酸钙溶解度减小，应采取蒸发浓缩结晶出硫酸钙，趁热过滤，减少硫酸镁的损失．

解答 解：硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤分离，硼镁泥用硫酸酸浸，SiO₂不反应，再用NaClO将Mg²⁺氧化生成MnO₂沉淀，过滤分离，滤液中含有硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁，加入碱调节溶液pH析出氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，过滤分离，除钙后，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到硫酸镁晶体．NaBO₂溶液通入适量二氧化碳气体得到硼砂，常用稀H₂SO₄调pH得到H₃BO₃．
（1）NaBO₂溶液与二氧化碳反应得到Na₂B₄O₇，二氧化碳起碳酸作用，同时还生成碳酸盐，反应离子方程式为：4BO₂^-+CO₂=B₄O₇^2-+CO₃^2-，
故答案为：4BO₂^-+CO₂=B₄O₇^2-+CO₃^2-；
（2）H₃BO₃与水形成配合物后电离出B（OH）₄^-与H⁺，电离方程式为：H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺，
故答案为：H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺；
（3）没有明显的pH突变区域，无法判断终点，会造成较大的误差，不能用强碱直接滴定硼酸溶液，
故答案为：不能；没有明显的pH突变区域，无法判断终点，会造成较大的误差；
（4）酸性条件下，加入的NaClO可与Mn²⁺反应产生MnO₂沉淀，次氯酸根被还原为氯离子，结合电荷守恒可知有氢离子生成，该反应的离子方程式是：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺，
故答案为：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺；
（5）加入碱调节溶液pH析出氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，氢氧化铝的溶度积较大，完全沉淀时碱性较强，铝离子沉淀完全时，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L，则溶液pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{\frac{1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-5}}}}$≈4.7，
故答案为：4.7；
（6）硫酸镁与硫酸钙相比，随温度升高，硫酸镁溶解度增大，而硫酸钙溶解度减小，应采取蒸发浓缩结晶出硫酸钙，趁热过滤，减少硫酸镁析出而导致的损失，
故答案为：蒸发浓缩结晶、趁热过滤．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及陌生方程式的书写、中和滴定、对条件控制、物质的分离提纯等，侧重考查学生对知识的迁移运用，是高考常考题型，题目素材多来自课外，容易使学生产生畏惧心理，属于易错题目．