Question

【題目】單質硼是冶金、建材、化工、核工業等部門的重要原料，而金屬鎂也廣泛應用于航空航天等國防軍事工業。以鐵硼礦為原料，利用碳堿法工藝生產硼和鎂，其工藝流程圖如下：

已知：鐵硼礦的主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Al2O3和SiO2雜質；硼砂的化學式為Na2B4O7·10H2O。

（1）鐵硼礦研磨粉碎的目的是____________；操作Ⅰ的名稱為___；硼泥中除雜質SiO2和Al2O3外，其他成分的化學式為_______。

（2）寫出流程圖中碳解過程的化學方程式：__________；在高溫條件下金屬Mg與A反應制備單質硼的化學方程式為：__________。

（3）碳堿工藝需兩次調節pH：①常用H2SO4調節硼砂溶液pH＝2～3制取H3BO3，其離子方程式為B4O72－＋2H＋＋5H2O=4H3BO3；②制取MgCl2·7H2O時，在凈化除雜過程中，需先加H2O2溶液，其作用是_______，然后用MgO調節pH約為5，其目的是_____。

（4）用MgCl2·7H2O制取MgCl2時，為防止MgCl2水解，反應需在“一定條件下”進行，則該條件是指_____。

（5）實驗時不小心觸碰到NaOH溶液，可用大量清水沖洗，再涂抹H3BO3溶液中和，其化學方程式為：NaOH＋H3BO3=Na[B（OH）4]，下列關于Na[B（OH）4]溶液中微粒濃度關系正確的是___。

A c（Na＋）＋c（H＋）＝c（[B（OH）4]－）＋c（OH－）

B c（Na＋）＞c（[B（OH）4]－）＞c（H＋）＞c（OH－）

C c（Na＋）＝c（[B（OH）4]－）＋c（H3BO3）

Answer 1

【答案】增大反應物的接觸面積；加快化學反應速率；提高原料利用率（任選一條） 過濾 Fe3O4、MgCO3 2Mg2B2O5＋Na2CO3＋3CO2=Na2B4O7＋4MgCO3 3Mg＋B2O32B＋3MgO 將Fe2＋氧化為Fe3＋ 使Fe3＋形成氫氧化物沉淀而除去 干燥的HCl氣氛、加熱 AC

【解析】

鐵硼礦的主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4，含有少量Al2O3和SiO2等，碳解得到硼砂溶液(Na2B4O710H2O)，過濾分離，碳解發生反應：2Mg2B2O5H2O+Na2CO3+3CO2=Na2B4O7+2H2O+4MgCO3。硼砂溶液調節pH得到硼酸，加熱分解得到A為B2O3。硼泥中含有MgCO3、Fe3O4、Al2O3、SiO2等，加入氫氧化鈉溶液，Al2O3、SiO2溶解，濾渣中含有MgCO3、Fe3O4，再用鹽酸溶解，得到溶液中含有MgCl2、FeCl2、FeCl3，加H2O2溶液將亞鐵離子氧化為鐵離子，再調節溶液pH，使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀過濾除去，濾液經過蒸發濃縮、冷卻結晶得到MgCl27H2O，為防止氯化鎂水解，在HCl環境下加熱失去結晶水，最后電解熔融氯化鎂得到Mg。

(1)將鐵硼礦研磨粉碎可以增大反應物的接觸面積，加快化學反應速率，提高原料的利用率等；鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Al2O3和SiO2)碳解生成硼砂，碳解過程的化學方程式為：2Mg2B2O5＋Na2CO3＋3CO2=Na2B4O7＋4MgCO3，生成的MgCO3以及原料中的Fe3O4、Al2O3和SiO2均不與Na2CO3反應，經過濾后得到硼砂溶液和硼泥；

(2)碳解過程的化學方程式為：2Mg2B2O5＋Na2CO3＋3CO2=Na2B4O7＋4MgCO3；硼酸受熱分解的化學方程式為：2H3BO33H2O＋B2O3，A為B2O3，Mg與B2O3反應制備硼的化學方程式為：3Mg＋B2O32B＋3MgO；

(3)凈化除雜過程中加入H2O2的作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，其離子方程式為：2H＋＋H2O2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2H2O，用MgO調節溶液pH約為5，其目的是使Fe3＋形成氫氧化物沉淀而除去；

(4)用MgCl2·7H2O制取MgCl2時，為防止MgCl2水解，反應需在干燥的HCl氣氛和加熱條件下進行；

(5)根據化學方程式NaOH＋H3BO3=Na[B(OH)4]，可確定溶液中陽離子為H＋和Na＋，陰離子為[B(OH)4]－和OH－，由電荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝c([B(OH)4]－)＋c(OH－)，A項正確；[B(OH)4]－水解使溶液呈堿性，故c(Na＋)＞c([B(OH)4]－)＞c(OH－)＞c(H＋)，B項錯誤；由物料守恒：c(Na＋)＝c([B(OH)4]－)＋c(H3BO3)，C項正確。答案選AC。