Question

14．鍶（₃₈Sr）元素廣泛存在于礦泉水中，是一種人體必需的微量元素，在元素周期表中與₂₀Ca和₅₆Ba同屬于第ⅡA族．
（1）堿性：Sr（OH）₂＜ Ba（OH）₂（填“＞”或“＜”）；鍶的化學性質與鈣和鋇類似，用原子結構的觀點解釋其原因是同一主族元素，原子最外層電子數相同．
（2）碳酸鍶是最重要的鍶化合物．用含SrSO₄和少量BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的天青石制備SrCO₃，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．將天青石礦粉和Na₂CO₃溶液充分混合，過濾；
Ⅱ．將濾渣溶于鹽酸，過濾；
Ⅲ．向Ⅱ所得濾液中加入濃硫酸，過濾；
Ⅳ．向Ⅲ所得濾液中先加入次氯酸，充分反應后再用氨水調pH約為7，過濾；
Ⅴ．向Ⅳ所得濾液中加入稍過量NH₄HCO₃，充分反應后，過濾，將沉淀洗凈，烘干，得到SrCO₃．
已知：�。�相同溫度時的溶解度：BaSO₄＜SrCO₃＜SrSO₄＜CaSO₄
ⅱ．生成氫氧化物沉淀的pH

物質	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3
開始沉淀pH	1.9	7.0	3.4
完全沉淀pH	3.2	9.0	4.7

①Ⅰ中，反應的化學方程式是SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄．
②Ⅱ中，能與鹽酸反應溶解的物質有SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃．
③Ⅳ的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺和Al³⁺沉淀完全．
④下列關于該工藝流程的說法正確的是ac．
a．該工藝產生的廢液含較多的NH₄⁺、Na⁺、Cl^-、SO₄^2-
b．Ⅴ中反應時，升高溫度一定可以提高SrCO₃的生成速率
c．Ⅴ中反應時，加入溶液一定可以提高NH₄HCO₃的利用率．

Answer 1

分析 （1）同一主族元素，元素的金屬性隨著原子序數增大而增強，元素的金屬性越強，其最高價氧化物的水化物堿性越強；
同一主族元素，其最外層電子數相等，元素性質取決于價電子；
（2）用含SrSO₄和少量BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的天青石制備SrCO₃，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．相同溫度時溶解度SrCO₃＜SrSO₄，溶解度大的物質能轉化為溶解度小的物質，所以將天青石礦粉和Na₂CO₃溶液充分混合，發生的反應為SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄，然后過濾；
Ⅱ．濾渣含有SrCO₃、BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，將濾渣溶于鹽酸，能和稀鹽酸反應的物質有碳酸鹽、金屬氧化物，然后過濾；
Ⅲ．向Ⅱ所得濾液中加入濃硫酸，能和濃硫酸反應的為鋇離子，生成硫酸鋇沉淀，然后過濾；
Ⅳ．向Ⅲ所得濾液中先加入次氯酸，次氯酸具有強氧化性，能將亞鐵離子氧化生成鐵離子，充分反應后再用氨水調pH約為7，根據生成氫氧化物沉淀pH知，得到的沉淀是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后過濾；
Ⅴ．向Ⅳ所得濾液中加入稍過量NH₄HCO₃，發生復分解反應生成沉淀SrCO₃，充分反應后，過濾，將沉淀洗凈，烘干，得到SrCO₃，
①SrSO₄與碳酸鈉溶液反應，沉淀轉化的實質是溶解平衡的移動，將天青石粉末與碳酸鈉溶液的混合物在90℃時加熱1～2h，經過濾、洗滌，得到碳酸鍶，說明碳酸鍶的溶解度小于硫酸鍶的溶解度；
②SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃均與鹽酸反應；
③先加入次氯酸，氧化亞鐵離子，再用氨水調pH約為7，使鐵離子、鋁離子轉化為沉淀；
④a、分析過程可知該工藝產生的廢液含較多的NH₄⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-；
b．升高溫度促進碳酸氫銨水解導致碳酸氫銨濃度降低，平衡逆向移動；
c、在這時候氫氧化鍶與碳酸氫銨反應時會有一個副反應生成的一水合氨與碳酸氫銨的反應，浪費了一部分碳酸氫銨，如果加入溶液不會影響反應過程但是會稀釋一水合氨的濃度，使得副反應更慢、占的比例從而更少，也就是提高了碳酸氫銨的利用率．

解答 解：（1）同一主族元素，元素的金屬性隨著原子序數增大而增強，元素的金屬性越強，其最高價氧化物的水化物堿性越強；
同一主族元素，其最外層電子數相等，元素性質取決于價電子；
金屬性Sr＜Ba，則堿性：Sr（OH）₂＜Ba（OH）₂，鍶的化學性質與鈣和鋇類似，是因同一主族元素，原子最外層電子數相同，
故答案為：＜；同一主族元素，原子最外層電子數相同；
（2）用含SrSO₄和少量BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的天青石制備SrCO₃，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．相同溫度時溶解度SrCO₃＜SrSO₄，溶解度大的物質能轉化為溶解度小的物質，所以將天青石礦粉和Na₂CO₃溶液充分混合，發生的反應為SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄，然后過濾；
Ⅱ．濾渣含有SrCO₃、BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，將濾渣溶于鹽酸，能和稀鹽酸反應的物質有碳酸鹽、金屬氧化物，然后過濾；
Ⅲ．向Ⅱ所得濾液中加入濃硫酸，能和濃硫酸反應的為鋇離子，生成硫酸鋇沉淀，然后過濾；
Ⅳ．向Ⅲ所得濾液中先加入次氯酸，次氯酸具有強氧化性，能將亞鐵離子氧化生成鐵離子，充分反應后再用氨水調pH約為7，根據生成氫氧化物沉淀pH知，得到的沉淀是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后過濾；
Ⅴ．向Ⅳ所得濾液中加入稍過量NH₄HCO₃，發生復分解反應生成沉淀SrCO₃，充分反應后，過濾，將沉淀洗凈，烘干，得到SrCO₃，
①I中只有SrSO₄與碳酸鈉溶液反應，反應為SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄，平衡正向進行，加入碳酸鈉溶液，平衡正向進行，在反應過程中不斷攪拌可以提高反應的速率和效率
故答案為：碳酸鍶的溶解度小于硫酸鍶的溶解度；攪拌；故答案為：SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄； 加入碳酸鈉溶液，攪拌；
②由物質的溶解性可知，只有碳酸鹽和金屬氧化物與鹽酸反應，則SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃均與鹽酸反應，
故答案為：SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃；
③由生成氫氧化物沉淀的pH可知，Ⅳ的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺和Al³⁺沉淀完全，故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺和Al³⁺沉淀完全；
④a、分析過程可知該工藝產生的廢液含較多的NH₄⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-，故a正確；
b．升高溫度促進碳酸氫銨水解導致碳酸氫銨濃度降低，平衡逆向移動，不能提高SrCO₃的生成速率，故b錯誤；
c、在這時候氫氧化鍶與碳酸氫銨反應時會有一個副反應生成的一水合氨與碳酸氫銨的反應，浪費了一部分碳酸氫銨，如果加入溶液不會影響反應過程但是會稀釋一水合氨的濃度，使得副反應更慢、占的比例從而更少，也就是提高了碳酸氫銨的利用率，故c正確；
故答案為：ac．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高頻考點，涉及基本操作、物質的分離和提純、氧化還原反應等知識點，明確各個步驟發生的反應及溶液中存在的微粒成分是解本題關鍵，難點是判斷各個步驟濾液中成分，題目難度中等．