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  以硼镁矿(2Mg·B2O3·H2O·SiO2)及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下:(1)由于矿粉中含CaCO3,“浸取”时容易产生大量泡沫使物

  以硼镁矿(2Mg·B2O3·H2O·SiO2)及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下:

  

  (1)由于矿粉中含CaCO3,“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出,应采取的措施为_____。

  (2)“浸出液”显酸性,含有H3BO3、Mg2+和,还含有Fe2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等杂质。“除杂”时,向浸出液中依次加入适量目H2O2和MgO,可以除去的杂质离子为_________,H2O2的作用为_________(用离子方程式表示)。

  (3)“浸取”后,采用“热过滤”的目的为_______。

  (4)“母液”可用于回收硫酸镁,已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图所示,且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgSO4·H2O,应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩,____。

  

  (5)已知25℃时,硼酸(H3BO3)溶液中存在如下平衡:

  H3BO3(aq)+H2O(l)[B(OH)4]-(aq)+H+(aq) K=5.7×10-10;

  25℃时,0.7mol·L-1硼酸溶液中c(H+)≈mol·L-1。

  (6)已知25℃时:

  化学式

  H2CO3

  CH3COOH

  电离常数

  K1=4.4×10-7

  K2=4.7×10-11

  K=1.75×10-5

  下列说法正确的是_____________(填选项字母)。

  A.碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中能观察到有气泡产生

  B.碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生

  C.等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的pH:前者>后者

  D.等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH:前者>后者

1回答
2020-10-26 23:50
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宁静

  (1)分批慢慢加入硫酸(或边加入边搅拌)(2)Fe3+、Fe2+、Al3+;2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O(3)防止因温度下降时H3BO3从溶液中析出(4)加压升温结晶(或加压升温结晶过滤)(5)2×10-5(6)BD

  本题考查了工业生产硼酸的工艺流程分析及有关问题。(1)浸取矿粉时,矿粉中含有石灰石,如果一次加入硫酸,会导致碳酸钙分解产生大量气泡,为防止大量气泡产生,可以控制加入硫酸的量来控制反应,故可以分批慢慢加入硫酸。(2)由于铁离子和铝离子能够水解,即Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,用稀硫酸浸取及浸出液呈酸性时,能抑制铁离子和铝离子的水解,加入过氧化氢和氧化镁时,能消耗氢离子、生成水且不引入新的杂质阳离子,即MgO+2H+Mg2++H2O,减小氢离子浓度,增大溶液pH至3.2时,促进铁离子水解彻底,即亚铁离子转化为铁离子,铁离子完全沉淀为氢氧化铁,增大溶液pH至5.2时,促进铝离子水解彻底,即铝离子完全沉淀为氢氧化铝沉淀,因此加入适量过氧化氢和氧化镁除去的杂质离子是Fe3+、Fe2+、Al3+。双氧水是常用的绿色氧化剂,所含氧元素由-1价降低为-2价,杂质阳离子中只有亚铁离子能被其氧化为铁离子,根据化合价升降,电荷守恒、质量守恒可得离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+2Fe3++2H2O。(3)浸取时二氧化硅不溶于稀硫酸,浸取反应生成硫酸钙微溶于水,其余物质溶解后变为硼酸、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸镁,根据已知信息,H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g,为了除去固液混合物中的二氧化硅和硫酸钙,且不能损失硼酸,因此应选择硼酸溶解度最大时的温度,进行趁热过滤,防止温度下降时H3BO3从溶液中析出。(4)除杂时,所得滤渣的主要成分是氢氧化铁、氢氧化铝,而母液的主要成分是硼酸、硫酸镁;为了从“母液”中充分回收MgSO4•H2O,根据硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线的已知信息推断,若蒸发浓缩、冷却结晶得到的是MgSO4•7H2O晶体,因此应该蒸发浓缩,升温结晶;根据溶液的沸点随压强增大而升高的已知条件,为了防止蒸发时液体沸腾,影响结晶,还要加压结晶,防止蒸发浓缩时溶液沸腾,从而得到MgSO4•H2O晶体。(5)25℃时,0.7mol·L-1硼酸溶液中c(H+)===2×10-5mol/L。(6)根据平衡常数可知,酸性为H2CO3H3BO3,所以碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中不能观察到有气泡产生,故A错。根据平衡常数可知,酸性CH3COOHH3CO3,则碳酸钠溶液滴入醋酸溶液可生成二氧化碳气体,所以能观察到有气泡产生,故B正确。根据平衡常数可知,酸性H2CO3H3BO3,所以碳酸的电离常数大于硼酸,等浓度碳酸溶液和硼酸溶液比较,酸性碳酸大于硼酸,pH:前者小于后者,故C错。根据平衡常数可知,酸性CH3COOHH3CO3,所以碳酸根离子的水解程度大于醋酸根离子的水解程度,则等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH:前者>后者,故D正确。

2020-10-26 23:52:06

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