Question

【題目】富硼渣中含有鎂硼酸鹽(2MgO·B2O3)、鎂硅酸鹽(2MgO·SiO2)及少量Al2O3、FeO等雜質(zhì)。由富硼渣濕法制備硫酸鎂晶體和硼酸(H3BO3)晶體的一種工藝流程如下：

已知：生成氫氧化物沉淀的pH(金屬離子的起始濃度為0.1mol/L)

	Fe(OH)3	Al(OH)3	Fe(OH)2	Mg(OH)2
開始沉淀時(shí)	1.9	3.4	7.0	9.1
完全沉淀時(shí)	3.2	4.7	9.0	11.1

(1)上述流程中能加快反應(yīng)速率的措施有_____、_____等。

(2)酸浸時(shí)發(fā)生反應(yīng)

2MgO·SiO2 +2H2SO4=2MgSO4+SiO2+2H2O，

2MgO·B2O3+2H2SO4+H2O=2H3BO3+2MgSO4。

①上述反應(yīng)體現(xiàn)出酸性強(qiáng)弱：H2SO4______H3BO3（填“＞”或“＜”）。

②酸浸時(shí)，富硼渣中所含Al2O3和FeO也同時(shí)溶解，寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式：___________、____________。

③已知硼酸與過(guò)量NaOH溶液發(fā)生的中和反應(yīng)為：H3BO3+OH- =B(OH)4-。下列關(guān)于硼酸的說(shuō)法正確的是_____。

a．硼酸的電離方程式可表示為：H3BO3 + H2OB(OH)4-+H+

b．硼酸是一元弱酸

c．向NaHCO3固體中滴加飽和硼酸溶液，有氣泡產(chǎn)生

(3)檢驗(yàn)浸出液中的雜質(zhì)離子

取少量浸出液，______（填操作和現(xiàn)象），證明溶液中含有Fe2+。

(4)除去浸出液中的雜質(zhì)離子

用MgO調(diào)節(jié)溶液的pH至____以上，使雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化為______（填化學(xué)式）沉淀，過(guò)濾。

(5)獲取晶體

ⅰ.濃縮濾液，使MgSO4和H3BO3接近飽和；

ⅱ.控制溫度使兩種晶體分別從溶液中結(jié)晶。結(jié)合下圖溶解度曲線，簡(jiǎn)述ⅱ的方法：將濃縮液加入到高壓釜（高壓環(huán)境可保證在高溫條件下水為液態(tài)）中，__________(將方法補(bǔ)充完整)。

Answer 1

【答案】研磨 加熱 ＞ Al2O3+6H+=2Al3++3H2O FeO+2H+=Fe2++H2O ab 滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀（合理答案給分） 4.7 Al(OH)3、Fe(OH)3 升溫結(jié)晶，得到硫酸鎂晶體，分離后，再將母液降溫結(jié)晶，分離得到硼酸晶體

【解析】

硼鎂泥含有鎂硼酸鹽(2MgOB2O3)、鎂硅酸鹽(2MgOSiO2)及少量Al2O3、FeO等雜質(zhì)，研磨后加入硫酸，過(guò)濾除去SiO2，加入的過(guò)氧化氫把亞鐵離子氧化成鐵離子，加MgO調(diào)節(jié)pH，溶液pH升高，鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，鋁離子形成氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾，濾渣含有Fe(OH)3、Al(OH)3，用重結(jié)晶的方法得到硫酸鎂晶體、硼酸晶體，以此解答該題。

(1)要加快反應(yīng)速率，可將固體研磨或給混合物進(jìn)行加熱的方法；

(2)①根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律：強(qiáng)酸與弱酸的鹽反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)酸鹽和弱酸可知，硫酸酸性較強(qiáng)；

②酸浸時(shí)，富硼渣中所含Al2O3和FeO也同時(shí)溶解，相關(guān)離子方程式為Al2O3+6H+=2Al3++3H2O、FeO+2H+=Fe2++H2O；

③已知硼酸與過(guò)量NaOH溶液發(fā)生的中和反應(yīng)為：H3BO3+OH- =B(OH)4-，可知硼酸為一元酸，電離方程式為H3BO3+H2OB(OH)4-+H+，由于元素的非金屬性B<C，所以硼酸的酸性比碳酸弱，與碳酸氫鈉不反應(yīng)，故合理選項(xiàng)是ab；

(3)雜質(zhì)離子為Fe2+，檢驗(yàn)方法是取少量浸出液可滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，就證明含有Fe2+；

(4)溶液中含有Fe3+、Al3+等雜質(zhì)，由表中數(shù)據(jù)可知，用MgO調(diào)節(jié)溶液的pH至4.7以上，使雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化為 Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀；

(5)由圖象可知硫酸鎂的溶解度隨溫度升高而降低，硼酸溶解度隨溫度升高而增大，則可升溫結(jié)晶，得到硫酸鎂晶體，分離后，再將母液降溫結(jié)晶，分離得到硼酸晶體。