Question

5．以鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，含有Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺等）制備BaCl₂•2H₂O的流程如圖1：

（1）氧化過程主要反應的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）沉淀C的主要成分是Ca（OH）₂和Mg（OH）₂．由圖2可知，為了更好的使Ca²⁺沉淀，還應采取的措施為提高溫度．
（3）用BaSO₄重量法測定產品純度的步驟為：
步驟1：準確稱取0.4～0.6g BaCl₂•2H₂O試樣，加入100mL水，3mL 2mol•L^-1 的HCl溶液加熱溶解．
步驟2：邊攪拌，邊逐滴加入0.1mol•L^-1 H₂SO₄溶液．
步驟3：待BaSO₄沉降后，_____，確認已完全沉淀．
步驟4：過濾，用0.01mol•L^-1的稀H₂SO₄洗滌沉淀3～4次，直至洗滌液中不含Cl^-為止．
步驟5：將折疊的沉淀濾紙包置于_____中，經烘干、炭化、灰化后在800℃灼燒至恒重．稱量計算BaCl₂•2H₂O中Ba²⁺的含量．
①步驟3所缺的操作為向上層清液中加入1～2滴0.1mol/LH₂SO₄溶液．
②若步驟1稱量的樣品過少，則在步驟4洗滌時可能造成的影響為稱取試樣過少，沉淀量就少，洗滌造成的損失就大．
③步驟5所用瓷質儀器名稱為坩堝．濾紙灰化時空氣要充足，否則BaSO₄易被殘留的炭還原生成BaS，該反應的化學方程式為BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CO↑+BaS或BaSO₄+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO₂↑+BaS．
④有同學認為用K₂CrO₄代替H₂SO₄作沉淀劑效果更好，請說明原因BaCrO₄的摩爾質量大于BaSO₄ ，得到沉淀質量更大，測定誤差小．
[已知：Ksp（BaSO₄）=1.1×10^-10  Ksp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]．

Answer 1

分析 鋇礦粉的主要成分BaCO₃（含有Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺等），加鹽酸溶解，碳酸鋇和鹽酸反應：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，過濾除去不溶物，濾液中加入H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入氨水調節溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀過濾除去，溶液中主要含Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺，加入氫氧化鈉調節pH=12，使溶液中Mg²⁺轉化為Mg（OH）₂沉淀、大部分Ca²⁺轉化為Ca（OH）₂，過濾分離，濾液中加入鹽酸酸化，再通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作得到BaCl₂•2H₂O晶體．
（1）氧化過程是加入H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（2）沉淀C的主要成分是氫氧化鈣與氫氧化鎂，由氫氧化鋇與氫氧化鈣的溶解度曲線可知，升高溫度氫氧化鋇溶解度增大，可以降低氫氧化鈣的溶解度；
（3）①步驟3：利用硫酸檢驗上清液是否含有Ba²⁺，確定沉淀完全；
②稱取試樣過少，沉淀量就少，洗滌造成的損失就大；
③步驟5：在坩堝中進而固體物質的灼燒；BaSO₄被殘留的炭還原生成BaS，C被氧化生成CO或二氧化碳；
④由溶度積常數可知，兩種沉淀劑效果相差不大，用K₂CrO₄代替H₂SO₄作沉淀劑得到沉淀質量更大，測定誤差小．

解答 解：鋇礦粉的主要成分BaCO₃（含有Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺等），加鹽酸溶解，碳酸鋇和鹽酸反應：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，過濾除去不溶物，濾液中加入H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入氨水調節溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀過濾除去，溶液中主要含Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺，加入氫氧化鈉調節pH=12，使溶液中Mg²⁺轉化為Mg（OH）₂沉淀、大部分Ca²⁺轉化為Ca（OH）₂，過濾分離，濾液中加入鹽酸酸化，再通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作得到BaCl₂•2H₂O晶體．
（1）氧化過程是加入H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，以便調節溶液pH使鐵離子完全沉淀，反應的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）加入氫氧化鈉調節pH=12，使溶液中Mg²⁺轉化為Mg（OH）₂沉淀、大部分Ca²⁺轉化為Ca（OH）₂，氫氧化鈣溶解度隨溫度升高減小，為了更好的使Ca²⁺沉淀，還應采取的措施為提高溫度；
故答案為：Mg（OH）₂；提高溫度；
（3）①步驟3所缺的操作是檢驗Ba²⁺是否沉淀完全，具體操作為：向上層清液中加入1～2滴0.1mol/LH₂SO₄溶液，
故答案為：向上層清液中加入1～2滴0.1mol/LH₂SO₄溶液；
②若步驟1稱量的樣品過少，則在步驟4洗滌時可能造成的影響為：沉淀量就少，洗滌造成的損失就大；
故答案為：稱取試樣過少，沉淀量就少，洗滌造成的損失就大；
③將折疊的沉淀濾紙包置于坩堝中經烘干、炭化、灰化后在800℃灼燒至恒重，稱量計算BaCl₂•2H₂O中Ba²⁺的含量；濾紙灰化時空氣要充足，否則BaSO₄易被殘留的炭還原生成BaS，C被氧化生成CO或二氧化碳，反應的化學方程式為：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CO↑+BaS或BaSO₄+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO₂↑+BaS，
故答案為：坩堝；BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CO↑+BaS或BaSO₄+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO₂↑+BaS；
④由溶度積常數可知，兩種沉淀劑效果相差不大，由于BaCrO₄的摩爾質量大于BaSO₄ ，用K₂CrO₄代替H₂SO₄作沉淀劑得到沉淀質量更大，測定誤差小；
故答案為：BaCrO₄的摩爾質量大于BaSO₄ ，得到沉淀質量更大，測定誤差小．

點評 本題考查物質制備、物質含量測定等，側重對原理與操作考查，熟練掌握元素化合物知識，（3）中④為易錯點、難點，定量實驗中要強調減少誤差的意識，題目難度中等．