Question

1．研究人員利用SiCl₄水解生成的鹽酸和鋇礦粉（主要成份為BaC0₃，且含有鐵、鎂等離子）制備BaCl₂•2H₂0，工藝流程如下：

己知：常溫下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分別是：3.4、12.4．
（l）S1Cl₄水解反應的化學方程式為SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl．過濾操作需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（2）加鋇礦粉調節pH=7的作用是使BaCO₃轉化為BaCl₂、使Fe³⁺完全沉淀．
（3）加20% NaOH調節pH=12.5，得到濾渣A的主要成分是Mg（OH）₂．
（4）BaCl₂濾液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌，再經真空干燥后得到BaCl₂•2H₂0．
（5）10噸含78.8%BaC0₃的鋇礦粉理論上最多能生成BaCl₂•2H₂09.76 噸．

Answer 1

分析 SiCl₄水解生成鹽酸和硅酸，硅酸不溶解，故第一步操作中的濾液為鹽酸溶液，向其中加入鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子），鋇礦粉和鹽酸反應，BaCO₃轉化為BaCl₂，溶液中H⁺減少，PH變大，Fe³⁺沉淀為氫氧化鐵，得到的溶液含有Ba²⁺、Mg²⁺和Cl^-，過濾后的濾液中含有Ba²⁺、Mg²⁺和Cl^-，向濾液中加20%NaOH調節pH=12.5，生成氫氧化鎂沉淀，濾液主要成分為Cl^-和Ba²⁺，蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥后得BaCl₂•2H₂O，
（1）SiCl₄遇水強烈水解，生成鹽酸和濾渣（H₄SiO₄），放出大量的熱，故SiCl₄的水解生成為H₄SiO₄沉淀和HCl；過濾操作需要的主要儀器有：燒杯、漏斗、濾紙、玻璃棒；
（2）鹽酸中加鋇礦粉時，鹽酸和碳酸鋇反應生成氯化鋇和二氧化碳、水，消耗了鹽酸，溶液pH變大，pH＞3.4時，三價鐵離子完全生成沉淀，使Fe³⁺完全沉淀，故鋇礦粉兩個作用：轉化為BaCl₂、使Fe³⁺完全沉淀，加鋇礦粉的同時也是調節PH值的過程；
（3）當pH=12.4時，鎂離子完全沉淀生成Mg（OH）₂，所以當pH=12.5時，濾渣A的成分是氫氧化鎂；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌；
（5）由原子守恒知，1molBaCO₃能生成1molBaCl₂•2H₂O，n（BaCl₂•2H₂O）=n（BaCO₃）．

解答 解：SiCl₄水解生成鹽酸和硅酸，硅酸不溶解，故第一步操作中的濾液為鹽酸溶液，向其中加入鋇礦粉（主要成份為BaCO₃，且含有鐵、鎂等離子），鋇礦粉和鹽酸反應，BaCO₃轉化為BaCl₂，溶液中H⁺減少，PH變大，Fe³⁺沉淀為氫氧化鐵，得到的溶液含有Ba²⁺、Mg²⁺和Cl^-，過濾后的濾液中含有Ba²⁺、Mg²⁺和Cl^-，向濾液中加20%NaOH調節pH=12.5，生成氫氧化鎂沉淀，濾液主要成分為Cl^-和Ba²⁺，蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥后得BaCl₂•2H₂O，
（1）SiCl₄遇水強烈水解，生成鹽酸和濾渣（H₄SiO₄），放出大量的熱，故SiCl₄的水解方程式為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；過濾操作需要的主要儀器有：燒杯、漏斗、濾紙、玻璃棒，其中濾紙不是玻璃儀器；
故答案為：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl；燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）鹽酸中加鋇礦粉時，鹽酸和碳酸鋇反應生成氯化鋇和二氧化碳、水，消耗了鹽酸，溶液pH變大，pH＞3.4時，三價鐵離子完全生成沉淀，使Fe³⁺完全沉淀；故鋇礦粉兩個作用：轉化為BaCl₂、使Fe³⁺完全沉淀；
故答案為：使BaCO₃轉化為BaCl₂；使Fe³⁺完全沉淀；
（3）當pH=3.4時，鐵離子完全生成沉淀，當pH=12.4時，鎂離子完全沉淀生成Mg（OH）₂，所以當pH=12.5時，濾渣A的成分是氫氧化鎂；
故答案為：Mg（OH）₂；
（4）從溶液中制取固體的方法是：蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（5）由原子守恒知，1molBaCO₃能生成1molBaCl₂•2H₂O，n（BaCl₂•2H₂O）=n（BaCO₃）
m（BaCl₂•2H₂O）=n（BaCl₂•2H₂O）×M（BaCl₂•2H₂O）=$\frac{10t×78%}{197g/mol}$×244g/mol=9.76t，
故答案為：9.76．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，物質分離和提純的方法和基本操作的應用，明確考查從溶液中制取固體的方法，以及根據原子守恒計算和相對誤差的計算等，難度不大，但考查知識較多．