Question

20．硼酸（H₃BO₃）大量應用于玻璃制造行業(yè)，以硼鎂礦（Mg₂B₂0₅•H₂0、Si0₂及少量Fe₃0₄、CaCO₃，Al₂O₃）為原料生產(chǎn)硼酸的工藝流程如圖：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺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，“浸取”時容易產(chǎn)生大量泡沫使物料從反應器中溢出，故應分批加入稀硫酸．該反應的化學方程式為CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）“浸出液”顯酸性，含H₃B0₃和Mg²⁺和SO₄^2-，還含有Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺等雜質(zhì)．“除雜”時向浸出液中依次加入適量H₂0₂和Mg0，除去的雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺．H₂O₂的作用是H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）．
（3）已知H₃B0₃與過量NaOH溶液反應生成Na[B（OH）₄]，試寫出H₃B0₃在溶液中的電離方程式：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）．
（4）B₂H₆氣體與水反應也可以得到硼酸，該反應的化學方程式為B₂H₆+6H₂O=2H₃BO₃+6H₂↑．
（5）單質(zhì)硼可用于生成具有優(yōu)良抗沖擊性能硼鋼．以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學方程式表示制備過程2H₃BO₃+3Mg=3MgO+2B+3H₂O．

Answer 1

分析 用硫酸浸取只有SiO₂不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO₄，趁熱過濾，防止H₃BO₃從溶液中析出，“除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，再加入MgO調(diào)節(jié)溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，過濾分離，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾分離出H₃BO₃晶體．
（1）碳酸鈣與硫酸反應生成硫酸根、二氧化碳與水；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加MgO調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀而除去；
（3）H₃BO₃與過量NaOH溶液反應生成Na[B（OH）₄]，H₃BO₃屬于一元酸，電離出[B（OH）₄]^-與H⁺；
（4）B₂H₆氣體與水反應也可以得到硼酸，B元素化合價升高，而H元素化合價降低生成氫氣；
（5）硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，反應生成MgO、硼與水．

解答 解：用硫酸浸取只有SiO₂不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO₄，趁熱過濾，防止H₃BO₃從溶液中析出，“除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，再加入MgO調(diào)節(jié)溶液的pH約為5.2，使鐵離子、鋁離子均轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，過濾分離，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾分離出H₃BO₃晶體．
（1）碳酸鈣與硫酸反應生成硫酸根、二氧化碳與水，反應方程式為：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案為：CaCO₃ （粉末）+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）加適量H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應離子方程式為：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加MgO調(diào)節(jié)PH，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，所以除去的離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺；H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）H₃BO₃與過量NaOH溶液反應生成Na[B（OH）₄]，H₃BO₃屬于一元酸，電離出[B（OH）₄]^-與H⁺，屬于弱酸，電離方程式為：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq），
故答案為：H₃BO₃（aq）+H₂O（l）?[B（OH）₄]^-（aq）+H⁺（aq）；
（4）B₂H₆氣體與水反應也可以得到硼酸，B元素化合價升高，而H元素化合價降低生成氫氣，反應方程式為：B₂H₆+6H₂O=2H₃BO₃+6H₂↑，
故答案為：B₂H₆+6H₂O=2H₃BO₃+6H₂↑；
（5）硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，反應生成MgO、硼與水，反應方程式為：2H₃BO₃+3Mg=3MgO+2B+3H₂O，
故答案為：2H₃BO₃+3Mg=3MgO+2B+3H₂O．

點評 本題考查物質(zhì)制備方案、物質(zhì)的分離提純、對操作與試劑的分析評價、化學方程式書寫等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．