Question

【題目】硼及其化合物在工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等部門有許多用途。某工廠以鐵硼精礦(主要成分為B2O3·2MgO，還有SiO2、CaO、FeO等雜質(zhì))制取制硼酸、金屬鎂的工藝流程圖為：

已知：硼酸在不同溫度下的溶解度：

溫度(℃)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
溶解度(g/100g水)	3	3	5	7	9	11	15	18	23	29

回答下列問題：

(1)使用鹽酸酸浸，過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________，為提高浸出速率，可采取的措施有_________(寫出兩條)。

(2)酸浸時，溫度與硼浸出率的關(guān)系如圖所示，則合適的酸浸溫度為_________。

(3)浸出液“氧化”的是將溶液中的Fe2+用_______試劑氧化為Fe3+，反應(yīng)的離子方程式為_________。

(4)從濾液中獲得H3BO3晶體的“操作I”具體操作是_________。

(5)向?yàn)V液中加入有機(jī)萃取劑萃取分液，此時硼酸處于_________層中(填“有機(jī)”或“無機(jī)”)。實(shí)驗(yàn)室模擬萃取操作使用的玻璃儀器除燒杯外，另一主要玻璃儀器是_________。

(6)某工廠用 m1 kg的鐵硼精礦制備硼酸，得到純度為99.8%的硼酸m2 kg，則鐵硼精礦中硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是__________(列式表達(dá))。

Answer 1

【答案】B2O3·2MgO+4HCl+H2O=2H3BO3+2MgCl2 適當(dāng)增加鹽酸濃度、提高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑、充分?jǐn)嚢璧?/span> 90~95℃ H2O2(或Cl2) 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(或2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-) 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾 有機(jī) 分液漏斗 ×100%

【解析】

鹽酸與鐵硼精礦的主要成分B2O3·2MgO發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H3BO3、MgCl2，雜質(zhì)CaO、FeO也會發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CaCl2、FeCl2，過濾除去SiO2，然后向反應(yīng)后的溶液中加入H2O2或通入Cl2，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，FeCl2變?yōu)?/span>FeCl3，然后調(diào)節(jié)溶液pH使Fe3+反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，過濾除去，結(jié)合硼酸的溶解度與溫度的關(guān)系，將硼酸晶體從溶液中分離出來；分離后的母液中加入有機(jī)物萃取，得到的水層中含有Mg2+，說明硼酸在有機(jī)層中，然后利用B元素守恒計算鐵硼精礦中硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

(1)使用鹽酸酸浸過程中主要反應(yīng)為鐵硼精礦的主要成分B2O3·2MgO與鹽酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H3BO3、MgCl2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為B2O3·2MgO+4HCl+H2O=2H3BO3+2MgCl2；鐵硼精礦是固體物質(zhì)，為提高浸出速率，可采取的措施可以將鐵硼精礦粉碎，也可以提高反應(yīng)溫度、使用較大濃度的鹽酸、反應(yīng)過程中攪拌等；

(2)由酸浸時，溫度與硼浸出率的關(guān)系圖示可知，在90~95℃時硼酸浸出率最高，所以合適的酸浸溫度為90~95℃；

(3)浸出液“氧化”的是溶液中的Fe2+，在氧化過程中不能引入新的雜質(zhì)，可以使用H2O2，也可以使用Cl2水，反應(yīng)方程式為：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(或2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-)；

(4)由硼酸的溶解度與溫度的關(guān)系可知：溫度升高，硼酸的溶解度增大，所以從濾液中獲得H3BO3晶體的“操作I”具體操作是將高溫下的溶液蒸發(fā)濃縮、然后冷卻結(jié)晶、再進(jìn)行過濾可得；

(5)分離出硼酸晶體后的濾液中仍然含有一定量的硼酸，向該溶液加入有機(jī)萃取劑萃取分液，由于得到的水層中含有可溶的MgCl2，說明硼酸在有機(jī)物中，硼酸容易溶解在該有機(jī)萃取層中；實(shí)驗(yàn)室模擬萃取操作使用的玻璃儀器除燒杯外，另一主要玻璃儀器是分液漏斗；

(6)純度為99.8%的硼酸m2kg中含有B元素的質(zhì)量為m(B)=kg，由于產(chǎn)生該硼酸需消耗m1kg的鐵硼精礦， 所以鐵硼精礦中硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100%=×100%。