Question

18．硼酸（H₃BO₃）微溶于水，其水溶液顯弱酸性，對人體的受傷組織有防腐作用．工業(yè)上以硼鎂礦（Mg₂B₂O₅•H₂O）為原料生產(chǎn)硼酸，同時以硼鎂泥為原料制取硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫(yī)藥等工業(yè)．生產(chǎn)工藝流程如下圖所示，請回答下列問題：

注：
①硼鎂泥的主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)．
②硼酸電離平衡常數(shù)K=5.8×10^-10
③

化合物	Mg（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
Ksp近似值	10-11	10-16	10-38	10-33

④已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

溫度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

（1）寫出上述流程中生成硼砂（Na₂B₄O₇）的離子方程式4BO₂^-+CO₂=B₄O₇^2-+CO₃^2-
（2）硼酸根離子可表示為B（OH）₄^-．寫出硼酸電離的方程式H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺
（3）N滴定法測定硼酸晶體的純度．研究結(jié)果表明，用0.1mol•L^-1NaOH溶液直接滴定硼酸溶液，滴定過程如曲線①所示，向硼酸溶液中加入多元醇后再滴定如曲線②所示．請分析，能否用強(qiáng)堿直接滴定硼酸溶液，不能 （填“能”或“不能”），理由是：沒有明顯的pH突變區(qū)域，無法判斷終點，會造成較大的誤差
（4）向硼鎂泥酸浸后的溶液中，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)產(chǎn)生MnO₂沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺．
（5）加堿調(diào)節(jié)至pH為4.7時，雜質(zhì)離子便可完全沉淀．（離子濃度小于或等于1×l0^-5mol•L^-1時，即可認(rèn)為該離子沉淀完全）
（6）“除鈣”是將MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，簡要說明除鈣的操作步驟蒸發(fā)濃縮結(jié)晶、趁熱過濾．

Answer 1

分析 硼鎂礦加入氫氧化鈉濃溶液，過濾分離，硼鎂泥用硫酸酸浸，SiO₂不反應(yīng)，再用NaClO將Mg²⁺氧化生成MnO₂沉淀，過濾分離，濾液中含有硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸鐵，加入堿調(diào)節(jié)溶液pH析出氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，過濾分離，除鈣后，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌得到硫酸鎂晶體．NaBO₂溶液通入適量二氧化碳?xì)怏w得到硼砂，常用稀H₂SO₄調(diào)pH得到H₃BO₃．
（1）NaBO₂溶液與二氧化碳反應(yīng)得到Na₂B₄O₇，二氧化碳起碳酸作用，同時還生成碳酸鹽；
（2）H₃BO₃與水形成配合物后電離出B（OH）₄^-與H⁺；
（3）沒有明顯的pH突變區(qū)域，無法判斷終點；
（4）酸性條件下，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)產(chǎn)生MnO₂沉淀，次氯酸根被還原為氯離子，結(jié)合電荷守恒可知有氫離子生成；
（5）加入堿調(diào)節(jié)溶液pH析出氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，氫氧化鋁的溶度積較大，完全沉淀時堿性較強(qiáng)，根據(jù)氫氧化鋁的溶度積計算溶液中OH^-濃度，再結(jié)合水的離子積計算c（H⁺），根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
（6）硫酸鎂與硫酸鈣相比，隨溫度升高，硫酸鎂溶解度增大，而硫酸鈣溶解度減小，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮結(jié)晶出硫酸鈣，趁熱過濾，減少硫酸鎂的損失．

解答 解：硼鎂礦加入氫氧化鈉濃溶液，過濾分離，硼鎂泥用硫酸酸浸，SiO₂不反應(yīng)，再用NaClO將Mg²⁺氧化生成MnO₂沉淀，過濾分離，濾液中含有硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸鐵，加入堿調(diào)節(jié)溶液pH析出氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，過濾分離，除鈣后，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌得到硫酸鎂晶體．NaBO₂溶液通入適量二氧化碳?xì)怏w得到硼砂，常用稀H₂SO₄調(diào)pH得到H₃BO₃．
（1）NaBO₂溶液與二氧化碳反應(yīng)得到Na₂B₄O₇，二氧化碳起碳酸作用，同時還生成碳酸鹽，反應(yīng)離子方程式為：4BO₂^-+CO₂=B₄O₇^2-+CO₃^2-，
故答案為：4BO₂^-+CO₂=B₄O₇^2-+CO₃^2-；
（2）H₃BO₃與水形成配合物后電離出B（OH）₄^-與H⁺，電離方程式為：H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺，
故答案為：H₃BO₃+H₂O?B（OH）₄^-+H⁺；
（3）沒有明顯的pH突變區(qū)域，無法判斷終點，會造成較大的誤差，不能用強(qiáng)堿直接滴定硼酸溶液，
故答案為：不能；沒有明顯的pH突變區(qū)域，無法判斷終點，會造成較大的誤差；
（4）酸性條件下，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)產(chǎn)生MnO₂沉淀，次氯酸根被還原為氯離子，結(jié)合電荷守恒可知有氫離子生成，該反應(yīng)的離子方程式是：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺，
故答案為：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺；
（5）加入堿調(diào)節(jié)溶液pH析出氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，氫氧化鋁的溶度積較大，完全沉淀時堿性較強(qiáng)，鋁離子沉淀完全時，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L，則溶液pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{\frac{1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-5}}}}$≈4.7，
故答案為：4.7；
（6）硫酸鎂與硫酸鈣相比，隨溫度升高，硫酸鎂溶解度增大，而硫酸鈣溶解度減小，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮結(jié)晶出硫酸鈣，趁熱過濾，減少硫酸鎂析出而導(dǎo)致的損失，
故答案為：蒸發(fā)濃縮結(jié)晶、趁熱過濾．

點評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及陌生方程式的書寫、中和滴定、對條件控制、物質(zhì)的分離提純等，側(cè)重考查學(xué)生對知識的遷移運(yùn)用，是高考常考題型，題目素材多來自課外，容易使學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，屬于易錯題目．