Question

硼酸（H₃BO₃)大量應用于玻璃制造行業，以硼鎂礦（2Mg0.B₂0₃.H₂0、Si0₂及少量Fe₃0₄、CaCO₃, Al₂O₃)為原料生產硼酸的工藝流程如下：

已知：H₃BO₃在20⁰C、40⁰C、60⁰C、100⁰C時的溶解度依次為5.0 g、8.7 g、14.8 g、40. 2 g。Fe^{3 +}、Al³⁺、Fe^{2 +}和Mg²⁺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CaC0₃，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：                                                                                     。
（2）“浸出液”顯酸性，含H₃B0₃和Mg²⁺和SO₄^2-，還含有Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺等雜質�！俺�雜”時向浸出液中依次加入適量H₂0₂和Mg0,除去的雜質離子是_______。H₂O₂的作用是____________________________________________ (用離子方程式表示）。
（3）“浸取”后，采用“熱過濾”的目的是_____________________________________。
（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下圖，且溶 液的沸點隨壓強增大而升高。為了從“母液”中充分回收MgS0₄·H₂0,應采取的 措施是將“母液”蒸發濃縮，____________
（5）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（298K）

計算25℃時0.7mol·L^－1硼酸溶液中H^＋的濃度。（寫出計算過程）
（6）已知298K時：

化學式	碳酸	醋酸
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               。
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

（1）分批慢慢加入稀硫酸 （2分）
（2）Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺（2分，全對才得分）   2 Fe²⁺ +2H⁺ +H₂O₂ = 2Fe³⁺ +2H₂O（2分）
（3）防止因溫度下降時H₃BO₃從溶液中析出（2分）
（4）加壓升溫結晶（2分）
（5）                     H₃BO₃ (aq)＋H₂O (l) [B(OH)₄]^－ (aq)＋H^＋(aq)
起始時各物質濃度/ mol·L^－1： 0.70                    0            0
平衡時各物質濃度/ mol·L^－1： 0.70－x                    x            x
K＝＝＝＝5.7×10^－10
x²＝3.99×10^－10    x＝2×10^－5（mol·L^－1） 
（共4分。兩段式1分；K的表達式1分；代入數字的式子1分；結果1分）
（6）BD（2分）

試題分析:（1）浸取礦粉時，礦分中含有石灰石，所以如果一次性加入硫酸，會導致CaCO3分解產生大量氣泡，所以防止大量氣泡產生，可以控制加入硫酸的量來控制反應，所以可以分批慢慢加入硫酸。
（2）含有的Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等雜質離子在pH分別為3. 2、 5.2、9.7時沉淀，而Mg²⁺在12.4沉淀，所以要用Mg0調節pH使雜質離子沉淀，應該先把Fe²⁺ 氧化為Fe³⁺ 而沉淀除去，而最終能夠沉淀的離子只有Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺ ，雙氧水的作用為把Fe²⁺ 氧化為Fe³⁺ ，反應方程式為2 Fe²⁺ +2H⁺ +H₂O₂ = 2Fe³⁺ +2H₂O。
（3）由于H₃BO₃在水中的溶解度隨溫度增大而增大，所以要浸取得到更多的產品，應加熱浸出液，并采用熱過濾的方法過濾，防止因溫度降低H₃BO₃在水中析出。
（4）從圖像可以看出，硫酸鎂隨著溫度不同容易形成不同的晶體，而要收集
到的MgS0₄·H₂0在較高溫度下才結晶，且該晶體的溶解度隨溫度升高而減小，所以
要在接近200℃的較高溫度下得到該晶體，常壓下蒸發結晶較難，應該選擇加壓升溫結晶的方法。
（5）                     H₃BO₃ (aq)＋H₂O (l) [B(OH)₄]^－ (aq)＋H^＋(aq)
起始時各物質濃度/ mol·L^－1： 0.70                    0            0
平衡時各物質濃度/ mol·L^－1： 0.70－x                    x            x
K＝＝        ＝        ＝5.7×10^－10
x²＝3.99×10^－10    x＝2×10^－5（mol·L^－1） 
（6）對比硼酸和表格中碳酸、醋酸的電離程度，可知3者的酸性大小為:醋酸＞碳酸＞硼酸＞HCO3-,所以根據酸性大小分析：根據強酸制弱酸原理，碳酸鈉溶液滴入硼酸中不能有氣泡產生，A錯誤；碳酸鈉溶液滴入醋酸中能觀察到有氣泡產生，B正確；等濃度的碳酸和硼酸溶液比較，碳酸酸性強，pH值小，C錯誤；等濃度的碳酸鈉和醋酸鈉溶液比較，碳酸鈉水解程度大，堿性強，所以pH大，D正確。故選BD。