Question

13．Ba（OH）₂是重要的化工原料，工業上采用重晶石（主要成分為硫酸鋇）和軟錳礦（主要成分為二氧化錳，含有二氧化硅雜質）制備，同時得到碳酸錳等副產品．其工業流程如下：

已知：MnO₂為兩性氧化物，MnO為堿性氧化物．
（1）高溫還原過程中，硫酸鋇被碳還原為BaS，然后水浸得到．投料時煤炭的量相對要多其作用除了使硫酸鋇充分反應外，還有和空氣中的O₂反應，為高溫還原過程提供熱量．
（2）氧化時反應還生成MnO和一種固體產物，則該反應的化學方程式為MnO₂+BaS+2H₂O=MnO+Ba（OH）₂+S，氧化時控制MnO₂與BaS的投料比在2～3之間，若投料比大于4，則Ba（OH）₂的轉化率明顯降低，原因可能是MnO₂將會和Ba（OH）₂反應，（繼續氧S，生成BaSO₄（BaSO₃ ））
（3）酸化的離子反應方程式為MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O，濾渣的主要成分為S．
（4）中和時通入氨氣調節溶液的pH值，若pH值偏高，會造成碳酸錳不純，原因是產生Mn（OH）₂沉淀．

Answer 1

分析 用重晶石制備Ba（OH）₂工業流程如下：BaSO₄和C反應生成BaS和CO：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，加入過量的炭使BaSO₄得到充分的還原，同時通入空氣使CO燃燒提供熱量，利用軟錳礦進行氧化硫化鋇：MnO₂+BaS+2H₂O=MnO+Ba（OH）₂+S，過濾，濾液中的溶質為Ba（OH）₂，結晶為脫水得到Ba（OH）₂，濾渣為MnO、S，用硫酸進行酸化，MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O，硫不反應，所以再過濾濾渣的主要成分為S，中和時通入氨氣調節溶液的pH值，加入碳酸銨，Mn²⁺+CO₃^2-=MnCO₃↓，得到高純碳酸錳．（1）硫酸鋇被碳高溫還原，需要熱量，碳和氧氣反應放熱提供熱量；
（2）二氧化錳氧化硫化鋇，錳從+4價降為+2價，硫從-2價升為0價，一種固體產物為S，氧化時控制MnO₂與BaS的投料比在2～3之間，若投料比大于4，MnO₂將會和Ba（OH）₂反應，繼續氧S，生成BaSO₄（BaSO₃ ）；
（3）酸化MnO和酸反應生成鹽和水；硫與稀硫酸不反應過濾時為濾渣；
（4）中和時通入氨氣調節溶液的pH值，若pH值偏高，會產生Mn（OH）₂沉淀導致碳酸錳產品不純．

解答 解：（1）BaSO₄和C反應生成BaS和CO：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，反應條件為高溫，投料時煤炭的量相對要多其作用除了使硫酸鋇充分反應外，還有和空氣中的O₂反應，為高溫還原過程提供熱量，
故答案為：和空氣中的O₂反應，為高溫還原過程提供熱量；
（2）二氧化錳氧化硫化鋇，生成MnO，錳從+4價（MnO₂）降為+2價（MnO），根據氧化還原反應規律，必有化合價升高的元素，鋇+2價為最高價，則硫元素從-2價升為0價，一種固體產物為S，反應為：MnO₂+BaS+2H₂O=MnO+Ba（OH）₂+S，氧化時控制MnO₂與BaS的投料比在2～3之間，若投料比大于4，過量的二氧化錳將會和氫氧化鋇反應，也會繼續氧S，生成BaSO₄（BaSO₃ ），
故答案為：MnO₂+BaS+2H₂O=MnO+Ba（OH）₂+S；MnO₂將會和Ba（OH）₂反應，繼續氧S，生成BaSO₄（BaSO₃ ）；
（3）利用軟錳礦進行氧化硫化鋇：MnO₂+BaS+2H₂O=MnO+Ba（OH）₂+S，過濾，濾渣為MnO、S，用硫酸進行酸化，MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O，硫不反應，所以再過濾濾渣的主要成分為S，
故答案為：MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O；S；
（4）堿性條件下+2價的錳離子易與氫氧根離子形成沉淀，所以中和時通入氨氣調節溶液的pH值，pH值不宜高，否則產生Mn（OH）₂沉淀影響產品純度，
故答案為：產生Mn（OH）₂沉淀．

點評 本題考查制備Ba（OH）₂實驗，側重考查對元素及其化合物的主要性質的掌握、離子反應、物質的分離與提純、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，題目難度中等，試題培養了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．