Question

（12分）七水硫酸鎂（MgSO₄?7H₂O）為白色細小四角柱狀結晶，無臭，味苦，在干燥空氣中易風化，易溶于水，緩溶于甘油，微溶于乙醇，熱至68℃以上熔化。在印染、造紙和醫藥等工業上都有廣泛的應用，利用化工廠生產硼砂的廢渣――硼鎂泥可制取七水硫酸鎂。

表1  硼鎂泥的主要化學成分

成分	MgO	SiO2	Fe2O3	CaO	B2O3	Al2O3	MnO	CO2
質量分數%	25-38	18-25	6-15	1-3	1-2	1-2	1-2	15-20

表2  部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2	Mg(OH)2
pH值	4.7	3.2	9.7	10.4	11.2

硼鎂泥制取七水硫酸鎂的工藝流程如下

根據以上流程圖并參考表格數據，試回答下列問題：

⑴ 硼鎂泥是硼鎂礦生產硼砂（Na₂B₄O₇?10H­₂O）時的廢渣。將硼鎂礦（2MgO?B₂O）鍛燒、粉碎后加水和純堿，在加熱加壓下通入CO₂可得硼砂。此反應為熵減小反應， 試寫出反應方程式：                        。

⑵ 沉淀A中除二氧化硅外，還含有硼酸，硼酸微溶于水，為一元弱酸，其酸性不來源于羥基的電離，寫出硼酸水溶液電離方程式                                。

⑶ CaSO₄的溶解度隨溫度升高變化不明顯，在得到沉淀C時，對蒸發濃縮后的溶液卻要進行趁熱過濾，原因是                                            。

⑷ 經對沉淀B進行分析，發現其中含有二氧化錳，用方程式解釋原因：        。

⑸ 用正三辛胺（TOA）做萃取劑，磺化煤油做稀釋劑，通過有機萃取也可以用來除去硫酸鎂浸出液中的鐵。其主要反應如下：

Fe^2＋＋H₂O＝Fe(OH)^2＋＋H^＋                       ⑴

Fe(OH)^2＋＋SO₄^2－＝Fe(OH)SO₄                     ⑵

2R₃N＋H₂SO₄＝(R₃NH)₂SO₄                          ⑶

Fe(OH)SO₄＋(R₃NH)₂SO₄＝Fe(OH)SO₄?(R₃NH)₂SO₄     ⑷

試問：浸出液初始pH須加H₂SO₄調至0.9左右，pH＞1.5時不利于萃取。試給出須加H₂SO₄的兩個理由                                                         

                                                                      。

pH＜0.5亦不利于萃取，給出其主要原因                                      。

Answer 1

⑴ 2MgO?B₂O₃+Na₂CO₃+CO₂=Na₂B₄O₇+2MgCO₃   

⑵ H₃BO₃+H₂OH⁺+[B(OH)₄]^-     

⑶ 防止較低溫度下七水硫酸鎂晶體析出 

⑷ Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-

⑸ 堿性條件下，Fe³⁺會水解，生成Fe(OH)₂⁺和Fe(OH)₃，無法萃取，要生成Fe(OH)SO₄?(R₃NH)₂SO₄，需要H₂SO₄作反應物酸性太強，Fe(OH)²⁺被破壞為Fe³⁺     (R₃NH)₂SO₄+H₂SO₄=2(R₃NH)HSO₄，不能生成Fe(OH)SO₄?(R₃NH)₂SO₄