Question

13．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下：

已知：表一：不同溫度下H₃BO₃的溶解度

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

表二：不同物質沉淀完全時的pH

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

（1）由于礦粉中含CaCO₃，“浸取”時容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，應采取的措施為應分批加入H₂SO₄ ．
（2）“浸出液”顯酸性，含有H₃BO₃、Mg²⁺和SO₄^2-，還含有Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺等雜質．“除雜”時，向浸出液中依次加入適量目H₂O₂和MgO，可以除去的雜質離子為Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺，的作用為H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）．
（3）“浸取”后，采用“熱過濾”的目的為防止溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出．
（4）“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，應采取的措施是將“母液”蒸發濃縮，加壓升溫結晶．

（5）已知25℃時，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℃時，0.7mol．L^-1硼酸溶液中c（H）⁺≈2×10^-5mol．L^-1
（6）已知25℃時：

化學式	H2CO3	CH3COOH
電離常數	K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11	K=1.75×10-5

下列說法正確的是BD（填選項字母）．
A．碳酸鈉溶液滴入硼酸溶液中能觀察到有氣泡產生
B．碳酸鈉溶液滴入醋酸溶液中能觀察到有氣泡產生
C．等濃度碳酸溶液和硼酸溶液的pH：前者＞后者
D．等濃度碳酸鈉溶液和醋酸鈉溶液的pH：前者＞后者．

Answer 1

分析 （1）CaCO₃與硫酸反應生成二氧化碳、硫酸鈣和水，反應生成氣體，容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加MgO調節PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀；
（3）H₃BO₃的溶解度隨溫度的升高而增大，熱過濾以防溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出；
（4）根據圖和溶液的沸點隨壓強增大而升高分析；
（5）根據硼酸的電離平衡常數可知，c（H⁺）=$\sqrt{K•c（{H}_{3}B{O}_{3}）}$；
（6）相同溫度、濃度下，酸的電離平衡常數越大，酸的酸性越強，其酸根離子的水解能力越小，結合強酸制取弱酸分析解答．

解答 解：（1）CaCO₃與硫酸反應生成二氧化碳、硫酸鈣和水，該反應的化學方程式為：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，由于礦粉中含CaCO₃，“浸取”時容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，故應分批加入H₂SO₄；
故答案為：應分批加入H₂SO₄ ；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，所以H₂O₂的作用是：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加MgO調節PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉化為沉淀而除去，所以除去的離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）有題目信息可知：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；
故答案為：防止溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出；
（4）根據圖可知溫度越高MgSO₄•H₂O的溶解度越小，由于溶液的沸點隨壓強增大而升高，為了防止溶液沸騰，應該在較高的壓強條件下加熱，使MgSO₄•H₂O結晶析出，
故答案為：加壓升溫結晶；
（5）25℃時0.7mol•L^-1 硼酸溶液中H⁺的濃度：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，故答案為：2×10^-5mol•L^-1；
（6）相同溫度、濃度下，酸的電離平衡常數越大，酸的酸性越強，其酸根離子的水解能力越小，根據電離平衡常數知，酸性強弱順序是CH₃COOH＞H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以離子水解能力碳酸根離子＞碳酸氫根離子＞醋酸根離子，
A．酸性H₂CO₃＞H₃BO₃＞HCO₃^-，所以碳酸鈉溶液滴入硼酸中生成碳酸氫鈉和硼酸鈉，沒有氣體生成，故A錯誤；
B．酸性CH₃COOH＞H₂CO₃，所以碳酸鈉溶液滴入醋酸中生成醋酸鈉、水和二氧化碳，所以能看到有氣泡生成，故B正確；
C．酸性H₂CO₃＞H₃BO₃，所以碳酸的電離程度大于硼酸，則等濃度的碳酸和硼酸溶液比較，碳酸的酸性大于硼酸，所以pH：前者＜后者，故錯誤；
D．酸性CH₃COOH＞H₂CO₃，所以碳酸根離子水解能力大于醋酸根離子，則等濃度的碳酸鈉和醋酸鈉溶液比較，pH：前者＞后者，故D正確；
故答案為：BD．

點評 本題考查了物質的分離提純，涉及化學方程式的書寫，除雜方法和試劑的選擇，以及圖象的分析等，題目難度較大，注意對圖象的分析和對題干信息的分析．