Question

11．鋇鹽行業生產中排出大量的鋇泥，鋇泥主要含有BaCO₃、BaSiO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂ 即鐵酸鋇等四種物質．某主要生產BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的化工廠利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂，其部分工藝流程如下：（已知Fe³⁺變成Fe（OH）₃沉淀所需pH范圍為pH=4～5）

（1）酸溶后溶液中pH=1，Ba（FeO₂）₂與HNO₃的反應化學方程式為Ba（FeO₂）₂+8HNO₃=Ba（NO₃）₂+2Fe（ NO₃）₃+4H₂O．
（2）酸溶時通常控制反應溫度不超過70℃，且不使用濃硝酸，原因是防止反應速率過快、濃HNO₃易揮發、分解．
（3）該廠結合本廠實際，選用的X為BaCO₃（填化學式）；中和Ⅰ使溶液中Fe³⁺、H⁺的濃度減少（填離子符號，中和Ⅰ引起的溶液體積變化可忽略）

Answer 1

分析 鋇泥主要含BaCO₃、BaSiO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硝酸鋇，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，過濾得到的固體洗滌后除去廢渣，濾液重新加入酸溶步驟充分利用．
（1）Ba（FeO₂）₂中Fe元素是+3價，鋇元素為+2價，與HNO₃反應發生復分解反應；
（2）溫度越高反應速率越快，故控制溫度不超過70℃是為了防止反應速率過快，且濃硝酸越濃越易分解，溫度高既易揮發，也易分解，故不用濃硝酸．
（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；中和Ⅰ使溶液中的Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀、H⁺濃度減小．

解答 解：（1）Ba（FeO₂）₂中Fe元素是+3價，鋇元素為+2價，故Ba（FeO₂）₂與硝酸不發生氧化還原反應，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；
（2）酸溶時控制反應溫度不超過70℃，是為了防止溫度過高，反應速率太快；不使用濃硝酸，是因為濃HNO₃不穩定，易分解，4HNO₃$\frac{\underline{\;光\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，易揮發，
故答案為：防止反應速率過快，濃HNO₃易揮發、分解；
（3）加入X調節溶液的pH=4～5，則X應能消耗H⁺，結合工廠主要生產BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的實際情況，可選用BaCO₃；中和后溶液中H⁺濃度減小，pH在4～5時，Fe³⁺也完全沉淀，故Fe³⁺濃度也減小，
故答案為：BaCO₃；Fe³⁺、H⁺．

點評 本題考查利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂工藝流程，涉及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，掌握相關元素化合物性質及其轉化關系是解答關鍵，綜合考查學生對新信息的處理能力、分析能力和實驗能力，題目難度中等，注意把握實驗原理和方法．