Question

9．硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途．以鐵硼礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O，還有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）為原料制備硼酸（H₃BO₃）的工藝流程如圖所示：

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、4.9、9.7和12.4．
回答下列問題：
（1）為提高“浸出”速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，還可采取的措施有提高反應(yīng)溫度或減小鐵硼礦粉粒徑；
（2）實驗室中過濾操作所需要的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯和漏斗；
（3）“浸渣”中的物質(zhì)是SiO₂、CaSO₄（化學(xué)式）；
（4）“凈化除雜”需先加H₂O₂溶液，作用是將亞鐵離子氧化為鐵離子，然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是使鐵離子、鋁離子形成氫氧化物沉淀而除去；
（5）“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是七水硫酸鎂（填名稱）；
（6）單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼．以硼酸和金屬鎂為原料在加熱條件下可制備單質(zhì)硼，
用化學(xué)方程式表示制備過程2H₃BO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O、B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．

Answer 1

分析 以鐵硼礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，還有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）為原料制備硼酸（H₃BO₃），由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO₄，“凈化除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，使鐵離子、鋁離子均轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾分離出H₃BO₃，以此來解答．

解答 解：以鐵硼礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，還有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）為原料制備硼酸（H₃BO₃），由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO₄，“凈化除雜”需先加H₂O₂溶液，將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，使鐵離子、鋁離子均轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣為氫氧化鋁、氫氧化鐵，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾分離出H₃BO₃，
（1）為提高浸出速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度濃度外，還可采取的措施有提高反應(yīng)溫度或減小鐵硼礦粉粒徑等，
故答案為：提高反應(yīng)溫度或減小鐵硼礦粉粒徑；
（2）實驗室中過濾操作所需要的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯和漏斗，
故答案為：燒杯和漏斗；
（3）鐵硼礦（主要成分為Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，還有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）中SiO₂不溶于硫酸，另外溶解過程中產(chǎn)生硫酸鈣微溶，所以“浸渣”中還剩余的物質(zhì)是SiO₂、CaSO₄，
故答案為：SiO₂、CaSO₄；
（4）“凈化除雜”需先加H₂O₂溶液，作用是將亞鐵離子氧化為鐵離子．然后在調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是使鐵離子、鋁離子形成氫氧化物沉淀而除去，
故答案為：將亞鐵離子氧化為鐵離子；使鐵離子、鋁離子形成氫氧化物沉淀而除去；
（5）最后濃縮結(jié)晶時硫酸鎂易結(jié)合水以晶體析出，則“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是七水硫酸鎂，
故答案為：七水硫酸鎂；
（6）以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼的化學(xué)方程式為2H₃BO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O、B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案為：2H₃BO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O、B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點，把握實驗流程及發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．