Question

5．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：

已知：H₃BO₃在20℃、40℃、60℃、100℃時的溶解度依次為5.0g、8.7g、14.8g、40.2g．Fe³⁺、Al^3 +、Fe²⁺和Mg^2 +以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和 12.4．
（1）由于礦粉中含CaCO₃，為防止“浸取”時容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，應采取的措施是：分批慢慢加入稀硫酸．
（2）“浸出液”顯酸性，含H₃BO₃和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H₂O₂和MgO，除去的雜質離子是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺．H₂O₂的作用是H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O （用離子方程式表示）．
（3）“浸取”后，采用“熱過濾”的目的是防止溫度下降時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2，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•H₂0，應采取的 措施是將“母液”蒸發濃縮，加壓升溫結晶
（5）已知298K時，硼酸（H₃BO₃）溶液中存在如下反應：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）   K=5.7×10^-10

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

下列說法正確的是BD．
A．碳酸鈉溶液滴入硼酸中能觀察到有氣泡產生
B．碳酸鈉溶液滴入醋酸中能觀察到有氣泡產生
C．等濃度的碳酸和硼酸溶液比較，pH：前者＞后者
D．等濃度的碳酸鈉和醋酸鈉溶液比較，pH：前者＞后者．

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）應分批加入H₂SO₄，降低反應速率；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，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⁺；
（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；
（4）根據圖2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；
（5）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）發生發生：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，應分批加入H₂SO₄，降低反應速率，防止產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，
故答案為：分批慢慢加入稀硫酸；
（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）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，
故答案為：防止溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出；
（4）根據圖2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）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：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C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 本題考查物質制備方案、物質的分離提純、對操作與試劑的分析評價、化學反應速率影響因素、弱電解質電離、鹽類水解等，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．