Question

3．硼酸（H₃BO₃）大量應用于玻璃制造行業，以硼鎂礦（2MgO．B₂O₃．H₂O、SiO₂及少量Fe₃O₄、CaCO₃、Al₂O₃　）為原料生產硼酸的工藝流程如圖1：

表一：硼酸在不同溫度下的溶解度（s）

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

表二：金屬陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時（c≤1.0×10^-5mol•L^-1）的pH

金屬陽離子	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+
pH	3.0	5.2	9.7	12.4

（1）寫出2MgO•B₂O₃•H₂O浸取生成H₃BO₃的化學方程式：2MgO•B₂O₃•H₂O+2H₂SO₄=2MgSO₄+2H₃BO₃；
（2）除雜操作過程中加入MgO調節溶液pH的目的除去溶液中的Al³⁺、Fe³⁺雜質；
（3）“浸取”后，采用“熱過濾”的目的是防止溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出，浸出渣的成分SiO₂、CaSO₄；
（4）根據題中所給條件計算Fe（OH）₃的K_ap值1×10^-38；
（5）“母液”可用于回收硫酸鎂，已知硫酸鎂的溶解度隨溫度變化的曲線如圖2所示，且溶液的沸點隨壓強增大而升高．為了從“母液”中充分回收　MgSO₄．H₂O，應采取的操作是a．
a．加壓升溫結晶b．降溫結晶c．蒸發結晶．

Answer 1

分析 由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉化為微溶于水的CaSO₄，趁熱過濾，防止H₃BO₃從溶液中析出，“除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入MgO調節溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾分離出H₃BO₃，
（1）根據元素守恒可寫出2MgO•B₂O₃•H₂O浸取生成H₃BO₃的化學方程式；
（2）浸出液中有Al³⁺、Fe³⁺雜質，通過調節溶液pH值除去雜質且不引入新的雜質；
（3）由目信息可知：H₃BO₃的溶解度隨溫度的升高而增大，所以要采用“熱過濾”，以防溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉化為微溶于水的CaSO₄；
（4）根據題中所給條件，氫氧化物形式完全沉淀時（c≤1.0×10^-5mol•L^-1），pH=3.0，計算Fe（OH）₃的K_sp值；
（5）根據MgSO₄．H₂O的溶解度隨溫度變化的曲線可知，溫度越高，MgSO₄．H₂O溶解度越小，據此判斷操作；

解答 解：由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉化為微溶于水的CaSO₄，趁熱過濾，防止H₃BO₃從溶液中析出，“除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入MgO調節溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾分離出H₃BO₃，
（1）根據元素守恒可寫知2MgO•B₂O₃•H₂O浸取生成H₃BO₃的化學方程式為2MgO•B₂O₃•H₂O+2H₂SO₄=2MgSO₄+2H₃BO₃，
故答案為：2MgO•B₂O₃•H₂O+2H₂SO₄=2MgSO₄+2H₃BO₃；
（2）浸出液中有Al³⁺、Fe³⁺雜質，需要通過調節溶液pH值除去雜質且不引入新的雜質，所以加入MgO調節溶液pH的目的是除去溶液中的Al³⁺、Fe³⁺雜質，
故答案為：除去溶液中的Al³⁺、Fe³⁺雜質；
（3）由題目信息可知：H₃BO₃的溶解度隨溫度的升高而增大，所以要采用“熱過濾”，以防溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉化為微溶于水的CaSO₄，所以浸出渣的成分是SiO₂、CaSO₄，
故答案為：防止溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出；SiO₂、CaSO₄；
（4）根據題中所給條件，氫氧化物形式完全沉淀時（c≤1.0×10^-5mol•L^-1），pH=3.0，此時溶液中c（OH^-）=10^-11，所以Fe（OH）₃的K_sp=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=1.0×10^-5×（10^-11）³=1×10^-38，
故答案為：1×10^-38；
（5）根據MgSO₄．H₂O的溶解度隨溫度變化的曲線可知，溫度越高，MgSO₄．H₂O溶解度越小，所以從“母液”中充分回收　MgSO₄．H₂O，應采取加壓升溫結晶的方法，
故選a．

點評 本題考查物質制備方案、物質的分離提純、對操作與試劑的分析評價、沉淀溶解平衡的計算、溶解度曲線的應用等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．