Question

9．硼及其化合物在工业上有许多用途．以铁硼矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O，还有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）为原料制备硼酸（H₃BO₃）的工艺流程如图所示：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、4.9、9.7和12.4．
回答下列问题：
（1）为提高“浸出”速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有提高反应温度或减小铁硼矿粉粒径；
（2）实验室中过滤操作所需要的玻璃仪器有：玻璃棒、烧杯和漏斗；
（3）“浸渣”中的物质是SiO₂、CaSO₄（化学式）；
（4）“净化除杂”需先加H₂O₂溶液，作用是将亚铁离子氧化为铁离子，然后再调节溶液的pH约为5，目的是使铁离子、铝离子形成氢氧化物沉淀而除去；
（5）“粗硼酸”中的主要杂质是七水硫酸镁（填名称）；
（6）单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢．以硼酸和金属镁为原料在加热条件下可制备单质硼，
用化学方程式表示制备过程2H₃BO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O、B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．

Answer 1

分析 以铁硼矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，还有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）为原料制备硼酸（H₃BO₃），由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO₄，“净化除杂”需先加H₂O₂溶液，将亚铁离子转化为铁离子，调节溶液的pH约为5，使铁离子、铝离子均转化为沉淀，则滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H₃BO₃，以此来解答．

解答 解：以铁硼矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，还有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）为原料制备硼酸（H₃BO₃），由流程可知，加硫酸溶解只有SiO₂不溶，CaO转化为微溶于水的CaSO₄，“净化除杂”需先加H₂O₂溶液，将亚铁离子转化为铁离子，调节溶液的pH约为5，使铁离子、铝离子均转化为沉淀，则滤渣为氢氧化铝、氢氧化铁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出H₃BO₃，
（1）为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有提高反应温度或减小铁硼矿粉粒径等，
故答案为：提高反应温度或减小铁硼矿粉粒径；
（2）实验室中过滤操作所需要的玻璃仪器有：玻璃棒、烧杯和漏斗，
故答案为：烧杯和漏斗；
（3）铁硼矿（主要成分为Mg₂B₂O₅•H₂O和Fe₃O₄，还有少量Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃和SiO₂等）中SiO₂不溶于硫酸，另外溶解过程中产生硫酸钙微溶，所以“浸渣”中还剩余的物质是SiO₂、CaSO₄，
故答案为：SiO₂、CaSO₄；
（4）“净化除杂”需先加H₂O₂溶液，作用是将亚铁离子氧化为铁离子．然后在调节溶液的pH约为5，目的是使铁离子、铝离子形成氢氧化物沉淀而除去，
故答案为：将亚铁离子氧化为铁离子；使铁离子、铝离子形成氢氧化物沉淀而除去；
（5）最后浓缩结晶时硫酸镁易结合水以晶体析出，则“粗硼酸”中的主要杂质是七水硫酸镁，
故答案为：七水硫酸镁；
（6）以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼的化学方程式为2H₃BO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O、B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO，
故答案为：2H₃BO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$B₂O₃+3H₂O、B₂O₃+3Mg$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2B+3MgO．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握实验流程及发生的反应、混合物分离提纯方法为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．