Question

【題目】碳酸鍶是重要的化工基礎(chǔ)原料，由工業(yè)級硝酸鍶(含有Ba2+、Ca2+、Mg2+等雜質(zhì))制備分析純碳酸鍶的工藝流程如下：

已知：①BaCrO4不溶于水，在水溶液中Cr2O72-與Ba2+不能結(jié)合。

②常溫下，各物質(zhì)的溶積常數(shù)如下表所示：

化合物	Ca(OH)2	CaC2O4	Mg(OH)2	MgC2O4	Cr(OH)3
Ksp近似值	5.0×10-6	2.2×10-9	5.6×10-12	4.8×10-6	10-30

(1)“除鋇”過程中CrO42-在不同pH時的利用率隨時間變化曲線如下圖所示，根據(jù)圖像分析“除鋇”過程中需要調(diào)節(jié)pH=7.5的原因_______________________________。

(2)“還原”過程中，應(yīng)先調(diào)節(jié)pH=1.0，再加入草酸，加入草酸時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________________________。

(3)“濾渣Ⅱ”的主要成分為________________。

(4)“除Ca2+、Mg2+”后得到的濾液中除含有Sr(NO3)2外還含有過量的NH3·H2O，則“成鹽”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________________________。

(5)“粗品SrCO3”烘干過程中除去的主要雜質(zhì)為_____________________。

(6)在“中和、沉淀”步驟中，假定開始Cr3＋，Zn3+濃度為0.1mol/L，調(diào)節(jié)至pH為_______時，鉻開始沉淀；繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)至pH為_____時，鉻剛好完全沉淀(離子濃度小于1×10-6mol/L時，即可認(rèn)為該離子沉淀完全)。

Answer 1

【答案】pH過低CrO42-的利用率低，pH=7.5和pH=10時CrO42-的利用率相當(dāng)，但后期需要將pH值調(diào)回1.0，導(dǎo)致浪費藥品，因此應(yīng)選用pH=7.5 8H++Cr2O72-+3H2C2O4=6CO2↑+2Cr3++7H2O CaC2O4和Mg(OH)2 NH3·H2O+HCO3-+Sr2+=SrCO3↓+NH4++H2O NH4NO3 4.3 6

【解析】

硝酸鍶用水溶解，加入重鉻酸銨除鋇得到BaCr2O7沉淀，過濾分離，濾液中加入硝酸、草酸還原Cr2O72-，再加入氨水中和、沉淀得到Cr（OH）3，可知Cr2O72-被還原為Cr3+，草酸被氧化為二氧化碳，再過濾分離，濾液中加入氨水、醋酸銨、硫化氫，除去Ca2+、Mg2+、重金屬，濾液中再加入碳酸氫銨得到碳酸鍶，濾液中含有Sr2+，進(jìn)行循環(huán)利用。

(1) pH過低 CrO42-的利用率低，pH=7.5和pH=10時CrO42-的利用率相當(dāng)，但后期需要將pH調(diào)回1，導(dǎo)致浪費藥品,因此應(yīng)選用pH=7.5；

(2)步驟②是酸性條件下Cr2O72-被還原為Cr3+，草酸被氧化為二氧化碳，反應(yīng)離子方程式為：3H2C2O4+8H++Cr2O72-=2Cr3++6CO2↑+7H2O，故答案為：3H2C2O4+8H++Cr2O72-=2Cr3++6CO2↑+7H2O；

(3)調(diào)pH為10是為了除去Ca2+和Mg2+，此時加入了草酸銨，由溶解度表可知MgC2O4的Ksp大于Mg(OH)2的Ksp，Ca(OH)2的Ksp大于CaC2O4，有沉淀轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，沉淀最終會轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉淀，故“濾渣Ⅱ”的主要成分為CaC2O4和Mg(OH)2；

(4) NH3·H2O在溶液中發(fā)生電離，產(chǎn)生氫氧根離子，氫氧根離子和HCO3-反應(yīng)生成CO32-，最終生成SrCO3沉淀，離子方程式為：NH3·H2O+HCO3-+Sr2+=SrCO3↓+NH4++H2O；

(5) 由于對產(chǎn)品的純度要求是分析純，而在成鹽過程中生成的SrCO3經(jīng)過濾和洗滌后，仍會含微量NH4NO3，因此需要在200 ℃時烘干使銨鹽分解；

(6)起始n(Cr3＋)=0.1mol/L，開始沉淀時Ksp= ，c(OH-)= = = mol/L，pH=-lg =-lg = =4.3；當(dāng)Cr3＋除盡時，n(Cr3＋)=10-6mol/L，此時c(OH-)= = = mol/L，pH=-lg =-lg =6。