Question

19．鋇鹽生產過程中排出大量鋇泥【主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等】，
 某工廠本著資源利用和降低生產成本的目的．在生產BaCO₃同時，充分利用鋇泥來制取Ba（NO₃）₂晶體及其它副產品，其部分工藝流程如下：

已知：①Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時溶液的pH分別為3.2和9.7
②Ba（NO₃）₂在熱水中的溶解度大，在冷水中的溶解度小
③Ksp（BaSO₄）=1.1×10^-10   Ksp（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：將產品加入足量飽和的Na₂CO₃溶液中充分攪拌、過濾、洗滌．用離子方程式說明該提純的原理BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．
（2）上述流程中Ba（FeO₂）₂與HNO₃溶液反應生成兩種鹽，反應的化學方程式為Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O．
（3）結合本廠生產實際X試劑應選下列中的B．
A．BaCl₂        B．BaCO₃ C．Ba（NO₃）₂       D．Ba（OH）₂
（4）廢渣2為Fe（OH）₃．
（5）操作Ⅲ為蒸發濃縮、冷卻結晶．
（6）過濾Ⅲ后的母液應循環到容器c中（選填a、b、c）
（7）稱取w克的晶體樣品溶于蒸餾水中加入足量的稀硫酸，反應后經一系列操作稱重所得沉淀質量為m克，則該晶體的純度可表示為$\frac{261m}{233w}$×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，調節溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣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，經蒸發、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）根據沉淀溶解平衡的移動分析；
（2）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素和鐵元素的化合價分析反應產物，然后寫出方程式；
（3）X既要能中和硝酸，又不產生新雜質，結合本廠實際，故可用BaCO₃；
（4）根據三價鐵離子和二價鐵離子完全沉淀時的PH分析；
（5）根據從溶液中提取溶質的方法分析；
（6）根據母液中的成分判斷；
（7）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a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，調節溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣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，經蒸發、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）將BaCO₃加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，存在BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），鋇離子與碳酸根離子結合生成碳酸鋇沉淀，使硫酸鋇的沉淀溶解平衡正移，從而轉化為碳酸鋇，其反應的離子方程式為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+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pH，
故答案為：B；
（4）已知Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2和9.7，流程中調節PH為4～5，所以三價鐵離子會完全轉化為沉淀Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
（5）從溶液中提取溶質的方法為：蒸發濃縮、冷卻結晶，然后過濾，所以操作Ⅲ為蒸發濃縮、冷卻結晶，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（6）通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，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的母液應該，循環到容器c中，
故答案為：c；
（7）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，考查學生對新信息的處理能力，題目難度中等．