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，過程中主要反應的化學方程式為_________，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)向濾液中加入有機萃取劑萃取分液，此時硼酸處于_________層中(填“有機”或“無機”)。實驗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)量分數(shù)是__________(列式表達)。

Answer 1

【答案】B2O3·2MgO+4HCl+H2O=2H3BO3+2MgCl2 適當增加鹽酸濃度、提高反應溫度、減小鐵硼礦粉粒徑、充分攪拌等 90~95℃ H2O2(或Cl2) 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(或2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-) 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾 有機 分液漏斗 ×100%

【解析】

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

(1)使用鹽酸酸浸過程中主要反應為鐵硼精礦的主要成分B2O3·2MgO與鹽酸發(fā)生反應產(chǎn)生H3BO3、MgCl2，反應的化學方程式為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，也可以提高反應溫度、使用較大濃度的鹽酸、反應過程中攪拌等；

(2)由酸浸時，溫度與硼浸出率的關系圖示可知，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、然后冷卻結晶、再進行過濾可得；

(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，說明硼酸在有機物中，硼酸容易溶解在該有機萃取層中；實驗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)量分數(shù)×100%=×100%。