Question

【題目】某工廠以重晶石(主要含BaSO4)為原料，生產“電子陶瓷工業支柱”—鈦酸鋇(BaTiO3)的工藝流程如下：

已知：

(1)Ksp(BaSO4)=1.0×10﹣10 ，Ksp(BaCO3)=5.0×10-9

(2)草酸氧鈦鋇晶體的化學式為 BaTiO(C2O4)2·4H2O

回答下列問題：

(1)為提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施為_________(寫出一條)。

(2)配制一定濃度的TiCl4溶液時，通常是將TiCl4(室溫下為液體)________________。

(3)用Na2CO3溶液泡重晶石(假設雜質不與Na2CO3溶液作用)，待達到平衡后，移走上層清液，重復多次操作，將BaSO4轉化為BaCO3，此反應的平衡常數K=______(填寫計算結果)。若不考慮CO32-的水解，則至少需要使用濃度為_____mol/LNa2CO3溶液浸泡重晶石才能開始該轉化過程。

(4)設計實驗方案驗證草酸氧鈦鋇晶體已經洗滌干凈：______________________________。

(5)“混合溶液液”環節，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，如圖所示。實際制備工藝中，先用氨水調節混合溶液的pH于2.5～3之間，再進行“沉淀”，則圖中曲線a對應鈦的形式為_____(填化學式)；寫出“沉淀”時的離子方程式：___________。

(6)煅燒草酸氧鈦鋇晶體得到BaTiO3方程式為：__________。

Answer 1

【答案】將BaCO3研成粉末或適當增大鹽酸濃度或適當加熱或攪拌等 溶于濃鹽酸，再加適量水稀釋至所需濃度。 0.02 5.0×10-4 取少許最后一次洗滌液，滴入稀硝酸酸化的硝酸銀，無沉淀生成，說明晶體已經洗滌干凈 TiOC2O4 TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓ BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O

【解析】

(1)根據物質的存在狀態及影響化學反應速率的因素分析；

(2)該鹽是強酸弱堿鹽，在溶液中弱堿陽離子水解，從抑制鹽水解考慮；

(3)根據沉淀的轉化平衡方程式書寫、計算；

(4)草酸氧鈦鋇晶體從含有HCl、TiCl4溶液中產生，只要證明洗滌液中無Cl-，就證明洗滌干凈；

(5) “混合溶液”環節，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，據“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，隨著氨水的不斷加入C2O42-濃度逐漸增大的趨勢，可以判斷a對應鈦的形式為TiOC2O4；再根據反應前后各種元素的原子個數守恒及晶體的化學式書寫出相應的化學方程式；

(6)草酸氧鈦鋇晶體煅燒得到BaTiO3，同時得到CO、CO2及水蒸氣。

(1)鹽酸與BaCO3發生反應：2HCl+BaCO3=BaCl2+H2O+CO2↑，為了加快反應速率。，可以將固體BaCO3研成粉末，以增大接觸面積；也可以適當增大鹽酸濃度或適當加熱升高反應溫度或攪拌等等；

(2) TiCl4是強酸弱堿鹽，在溶液中Ti4+會發生水解反應：Ti4++4H2OTi(OH)4+4H+，使溶液變渾濁為了配制得到澄清的TiCl4溶液，同時不引入雜質離子，通常是將TiCl4溶于濃鹽酸中，然后再加適量水稀釋至所需濃度；

(3) 在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，當向溶液中加入飽和Na2CO3溶液時，發生沉淀轉化生成BaCO3：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，待達到平衡后，移走上層清液，重復多次操作，最終BaSO4生成BaCO3；反應的平衡常數K=0.02；在BaSO4飽和溶液中，根據Ksp(BaSO4)=1.0×10﹣10可知c(Ba2+)=1.0×10﹣5mol/L，不考慮CO32-的水解，要實現沉淀的轉化，則c(Ba2+)c(CO32-)> Ksp(BaCO3)，c(CO32-)>5.0×10﹣9÷1.0×10﹣5=5.0×10-4mol/L，即至少需要使用濃度為5.0×10-4mol/LNa2CO3溶液浸泡；

(4) HCl、TiCl4、H2C2O4混合反應產生草酸氧鈦鋇晶體，若晶體過濾后洗滌干凈，則洗滌液中不含有Cl-，所以證草酸氧鈦鋇晶體已經洗滌干凈的方法是取少許最后一次洗滌液，滴入稀硝酸酸化的硝酸銀，無沉淀生成，說明晶體已經洗滌干凈；

(5) “混合溶液”環節，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，據“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，隨著氨水的不斷加入，C2O42-濃度逐漸增大的趨勢可以判斷a對應鈦的形式為TiOC2O4，b對應鈦的形式為TiO(C2O4)22-；c對應鈦的形式為TiO(OH)+；在“沉淀”時的離子方程式為：TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓

(6)草酸氧鈦鋇晶體煅燒得到BaTiO3，同時得到CO、CO2及水蒸氣。煅燒草酸氧鈦鋇晶體得到BaTiO3方程式為BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。