Question

13．以硼镁矿（ 2MgO．B₂O₃．H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃ ）为原料生产硼酸的工艺流程如下：

已知：表一：不同温度下H₃BO₃的溶解度

温度℃）	20	40	60	100
溶解度（g）	5.0	8.7	14.8	40.2

表二：不同物质沉淀完全时的pH

物质	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
pH	3.2	5.2	9.7	12.4

（1）由于矿粉中含CaCO₃，“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，应采取的措施为应分批加入H₂SO₄ ．
（2）“浸出液”显酸性，含有H₃BO₃、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目H₂O₂和MgO，可以除去的杂质离子为Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺，的作用为H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用离子方程式表示）．
（3）“浸取”后，采用“热过滤”的目的为防止温度下降时H₃BO₃从溶液中析出．
（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图所示，且溶液的沸点随压强增大而升高．为了从“母液”中充分回收 MgSO₄．H₂O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，加压升温结晶．

（5）已知25℃时，硼酸（ H₃BO₃）溶液中存在如下平衡：HBO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）  K=5.7×10^-10；25℃时，0.7mol．L^-1硼酸溶液中c（H）⁺≈2×10^-5mol．L^-1
（6）已知25℃时：

化学式	H2CO3	CH3COOH
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BD（填选项字母）．
A．碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中能观察到有气泡产生
B．碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生
C．等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的pH：前者＞后者
D．等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH：前者＞后者．

Answer 1

分析 （1）CaCO₃与硫酸反应生成二氧化碳、硫酸钙和水，反应生成气体，容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出；
（2）加适量H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加MgO调节PH，使Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀；
（3）H₃BO₃的溶解度随温度的升高而增大，热过滤以防温度下降时H₃BO₃从溶液中析出；
（4）根据图和溶液的沸点随压强增大而升高分析；
（5）根据硼酸的电离平衡常数可知，c（H⁺）=$\sqrt{K•c（{H}_{3}B{O}_{3}）}$；
（6）相同温度、浓度下，酸的电离平衡常数越大，酸的酸性越强，其酸根离子的水解能力越小，结合强酸制取弱酸分析解答．

解答 解：（1）CaCO₃与硫酸反应生成二氧化碳、硫酸钙和水，该反应的化学方程式为：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，由于矿粉中含CaCO₃，“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H₂SO₄；
故答案为：应分批加入H₂SO₄ ；
（2）加适量H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，所以H₂O₂的作用是：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）有题目信息可知：H₃BO₃的溶解度随温度的升高而增大，所以要采用“热过滤”，以防温度下降时H₃BO₃从溶液中析出；
故答案为：防止温度下降时H₃BO₃从溶液中析出；
（4）根据图可知温度越高MgSO₄•H₂O的溶解度越小，由于溶液的沸点随压强增大而升高，为了防止溶液沸腾，应该在较高的压强条件下加热，使MgSO₄•H₂O结晶析出，
故答案为：加压升温结晶；
（5）25℃时0.7mol•L^-1 硼酸溶液中H⁺的浓度：c（H⁺）=$\sqrt{K•c（{H}_{3}B{O}_{3}）}$=$\sqrt{5.7×1{0}^{-10}×0.7}$mol/L≈2×10^-5mol•L^-1，故答案为：2×10^-5mol•L^-1；
（6）相同温度、浓度下，酸的电离平衡常数越大，酸的酸性越强，其酸根离子的水解能力越小，根据电离平衡常数知，酸性强弱顺序是CH₃COOH＞H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以离子水解能力碳酸根离子＞碳酸氢根离子＞醋酸根离子，
A．酸性H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以碳酸钠溶液滴入硼酸中生成碳酸氢钠和硼酸钠，没有气体生成，故A错误；
B．酸性CH₃COOH＞H₂CO₃，所以碳酸钠溶液滴入醋酸中生成醋酸钠、水和二氧化碳，所以能看到有气泡生成，故B正确；
C．酸性H₂CO₃＞H₃BO₃，所以碳酸的电离程度大于硼酸，则等浓度的碳酸和硼酸溶液比较，碳酸的酸性大于硼酸，所以pH：前者＜后者，故错误；
D．酸性CH₃COOH＞H₂CO₃，所以碳酸根离子水解能力大于醋酸根离子，则等浓度的碳酸钠和醋酸钠溶液比较，pH：前者＞后者，故D正确；
故答案为：BD．

点评 本题考查了物质的分离提纯，涉及化学方程式的书写，除杂方法和试剂的选择，以及图象的分析等，题目难度较大，注意对图象的分析和对题干信息的分析．