Question

15．鋇鹽生產(chǎn)中排出大量的鋇泥[主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等]，某主要生產(chǎn)BaCO₃的化工廠(chǎng)利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂晶體及其他副產(chǎn)物，其部分工藝流程如下：

已知：i Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3.2和9.7．
ii Ba（NO₃）₂在熱水中溶解度較大，在冷水中溶解度較小．
iii K_SP（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_SP（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）該廠(chǎng)生產(chǎn)的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不純，提純的方法是：將產(chǎn)品加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，充分?jǐn)嚢瑁�過(guò)濾，洗滌．用離子方程式和必要的文字說(shuō)明提純?cè)�理：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子的濃度，使平衡正向移動(dòng)從而除去BaSO₄雜質(zhì)．
（2）上述流程酸溶時(shí)，Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應(yīng)生成兩種硝酸鹽，化學(xué)方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃=Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O．
（3）該廠(chǎng)結(jié)合本廠(chǎng)實(shí)際，選用的X為③（從下列選項(xiàng)中選擇）；廢渣2為Fe（OH）₃（寫(xiě)出化學(xué)式）．
①BaCl₂    ②Ba（NO₃）₂    ③BaCO₃   ④Ba（OH）₂
（4）過(guò)濾3后的母液應(yīng)循環(huán)到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（5）稱(chēng)取w g晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥，稱(chēng)量沉淀質(zhì)量為mg，則該Ba（NO₃）₂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a容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過(guò)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(diào)節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾后廢渣2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(jīng)蒸發(fā)、濃縮、過(guò)濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）當(dāng)c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化；
（2）Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應(yīng)生成Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，以此確定反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）X既要能消耗硝酸，又不產(chǎn)生新雜質(zhì)，結(jié)合本廠(chǎng)實(shí)際，故可用BaCO₃；
（4）通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，得到硝酸鋇晶體，剩余的濾液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，可循環(huán)使用；
（5）根據(jù)沉淀硫酸鋇的質(zhì)量，結(jié)合方程式計(jì)算求出硝酸鋇的質(zhì)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a容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過(guò)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(diào)節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾后廢渣2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(jīng)蒸發(fā)、濃縮、過(guò)濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子的濃度，當(dāng)c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化，使平衡正向移動(dòng)從而除去BaSO₄雜質(zhì)，
故答案為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子的濃度，使平衡正向移動(dòng)從而除去BaSO₄雜質(zhì)；
（2）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素為+2價(jià)，鐵元素為+3價(jià)，所以反應(yīng)產(chǎn)物為Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，所以其反應(yīng)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(chǎn)生新雜質(zhì)，結(jié)合工廠(chǎng)實(shí)際，應(yīng)該用BaCO₃來(lái)調(diào)節(jié)pH，由以上分析可知過(guò)濾后廢渣2為Fe（OH）₃，
故答案為：③；Fe（OH）₃；
（4）通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，得到硝酸鋇晶體，剩余的濾液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，所以含有Ba（NO₃）₂的母液應(yīng)該，循環(huán)到容器c中，
故答案為：c；
（5）稱(chēng)取w克晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥，稱(chēng)量沉淀質(zhì)量為m克，其發(fā)生的反應(yīng)為：Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃，
設(shè)參加反應(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生在“工藝流程閱讀、相關(guān)反應(yīng)化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、化學(xué)反應(yīng)條件控制的原理、生產(chǎn)流程的作用”等方面對(duì)元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解和應(yīng)用程度，綜合考查學(xué)生對(duì)新信息的處理能力、分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ�題目難度中等，注意把握實(shí)驗(yàn)原理和方法．