Question

10．Ba（NO₃）₂可用于生產綠色煙花、綠色信號彈、炸藥、陶瓷釉藥等．鋇鹽行業(yè)生產中排出大量的鋇泥，某主要生產BaCO₃、BaSO₄的化工廠利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂晶體（不含結晶水），其部分工藝流程如下：

已知：①Fe³⁺和Fe²⁺以氫氧化物形式沉淀完全時，溶液的pH分別為3.2和9.7；
②Ba（NO₃）₂晶體的分解溫度：592℃；
③K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）該廠生產的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不純，提純的方法是：將產品加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，充分攪拌，過濾，洗滌．試用離子方程式說明提純原理：BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）；
（2）上述流程酸溶時，Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應生成兩種硝酸鹽，反應的化學方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃ =Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（3）該廠結合本廠實際，選用的X為B（填序號）；
A．BaCl₂    B．BaCO₃      C．Ba（NO₃）₂   D．Ba（OH）₂
（4）中和I使溶液的pH為4～5目的是使Fe³⁺完全沉淀；；結合離子方程式簡述原理Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3 H⁺，BaCO₃消耗H⁺使Fe³⁺水解平衡右移，形成Fe（OH）₃沉淀．
（5）從Ba（NO₃）₂溶液中獲得其晶體的操作方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶；
（6）測定所得Ba（NO₃）₂晶體的純度：準確稱取w g晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、干燥，稱量其質量為m g，則該晶體的純度為$\frac{261m}{233w}$×100%．

Answer 1

分析 鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過濾后濾液中含有鐵離子、鋇離子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸鋇，調節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣為Fe（OH）₃，濾液中含有硝酸、硝酸鋇等，加入氫氧化鋇中和得到硝酸鋇溶液，經蒸發(fā)、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，過濾得到的固體洗滌后除去廢渣，濾液重新加入酸溶步驟充分利用，
（1）當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現沉淀的轉化；
（2）Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應生成Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，以此確定反應的化學方程式；
（3）X既要能消耗硝酸，又不產生新雜質，結合本廠實際，故可用BaCO₃；
（4）中和Ⅰ使溶液中的Fe³⁺易發(fā)生水解而生成Fe（OH）₃沉淀；
（5）從溶液中得到晶體，應用蒸發(fā)結晶的方法；
（6）根據沉淀硫酸鋇的質量，結合方程式計算求出硝酸鋇的質量，再求樣品的純度．

解答 解：鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過濾后濾液中含有鐵離子、鋇離子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸鋇，調節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣為Fe（OH）₃，濾液中含有硝酸、硝酸鋇等，加入氫氧化鋇中和得到硝酸鋇溶液，經蒸發(fā)、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，過濾得到的固體洗滌后除去廢渣，濾液重新加入酸溶步驟充分利用；
（1）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現沉淀的轉化，
故答案為：BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）；
（2）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素為+2價，鐵元素為+3價，所以反應產物為Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，
所以其反應方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O，
故答案為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃ =Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（3）X既要能中和硝酸，又不產生新雜質，結合工廠實際，應該用BaCO₃來調節(jié)pH，
故答案為：B；
（4）Fe³⁺易發(fā)生水解而生成Fe（OH）₃沉淀，離子方程式為Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3 H⁺，加入碳酸鋇，BaCO₃消耗H⁺使Fe³⁺水解平衡右移，形成Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：使Fe³⁺完全沉淀；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3 H⁺，BaCO₃消耗H⁺使Fe³⁺水解平衡右移，形成Fe（OH）₃沉淀；
（5）從溶液中提取溶質的方法為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，然后過濾，所以操作Ⅲ為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶；
（6）稱取w克晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質量為m克，其發(fā)生的反應為：Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃，
設參加反應的Ba（NO₃）₂為xg，
Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃
261              233
x                mg
則 $\frac{261}{x}$=$\frac{233}{mg}$，
解得x=$\frac{261m}{233}$，
所以該Ba（NO₃）₂的純度為$\frac{\frac{261m}{233}}{w}$×100%=$\frac{261m}{233w}$×100%，
故答案為：$\frac{261m}{233w}$×100%．

點評 本題考查學生在“工藝流程閱讀、相關反應化學方程式書寫、化學反應條件控制的原理、生產流程的作用”等方面對元素化合物性質及其轉化關系的理解和應用程度，綜合考查學生對新信息的處理能力、分析能力和實驗能力，題目難度中等，注意把握實驗原理和方法．