Question

17．某工業廢料鋇泥中主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（Fe O₂）2等，某實驗小組模擬工
業過程利用鋇泥制取BaCO₃和Ba（NO₃）₂晶體（不含結晶水），其實驗流程如下：

已知：
①Fe³⁺和Fe²⁺以氫氧化物形式沉淀完全時，溶液的pH分雖為3.2和9.7；
②Ba（NO₃）₂晶體的分解溫度：592℃； Ba（NO₃）₂的溶解度在高溫時較大，低溫時較小；f一
③K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）酸溶時，BaCO₃發生反應的離子反應方程式為BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O
（2）酸溶后，濾液1除了Ba²⁺外，還存在的陽離子是H⁺、Fe³⁺等（填寫離子符號）．
（3）加入X的目的是調節溶液的pH，使Fe³⁺完全沉淀除去．
（4）若在操作II中加入Na₂CO₃來制取BaCO₃，經檢驗所得BaCO₃中含有少量BaSO₄而不純，提純的方法是：將產品加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，充分攪拌和靜置后，棄去上層清液．如此反復多次處理，直到BaSO₄4全部轉化為BaCO₃，該提純原理的離子反應方程式是BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）
（5）若用（4）的方法處理含有0.21m o l BaSO₄樣品，每次用1.0L 2.0m o l•L^-1飽和Na₂CO₃溶液，則至少需要處理5次，BaSO₄才能全部轉化BaCO₃．
（6）操作III的名稱是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（7）上述流程中對環境的影響主要有氮的氧化物和重金屬污染．因此要進一步處理，避免造成二次污染．

Answer 1

分析 鋇泥中主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（Fe O₂）₂等，加稀硝酸溶解，BaSO₃被氧化為BaSO₄，過濾，濾渣為BaSO₄，濾液中主要含有Ba²⁺、H⁺、Fe³⁺，調節pH，使Fe³⁺轉化為氫氧化鐵沉淀除去，過濾，濾渣2為氫氧化鐵，濾液2中主要含有Ba²⁺、H⁺，加氫氧化鋇溶液中和多余的氫離子，使溶液為中性，然后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，得到硝酸鋇晶體；
（1）酸溶時，碳酸鋇與氫離子反應生成二氧化碳、鋇離子和水；
（2）加稀硝酸溶解，Ba（Fe O₂）₂轉化為Ba²⁺、Fe³⁺；
（3）調節pH除去鐵離子；
（4）當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現沉淀的轉化；
（5）根據K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9，求出化學平衡常數，結合化學方程式進行計算；
（6）根據從溶液中提取溶質的操作分析；
（7）硝酸與亞硫酸鋇反應的產物之一為氮的氧化物，鋇離子屬于有毒的重金屬離子，根據氮的氧化物和鋇離子對環境的影響分析．

解答 解：鋇泥中主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（Fe O₂）₂等，加稀硝酸溶解，BaSO₃被氧化為BaSO₄，過濾，濾渣為BaSO₄，濾液中主要含有Ba²⁺、H⁺、Fe³⁺，調節pH，使Fe³⁺轉化為氫氧化鐵沉淀除去，過濾，濾渣2為氫氧化鐵，濾液2中主要含有Ba²⁺、H⁺，加氫氧化鋇溶液中和多余的氫離子，使溶液為中性，然后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，得到硝酸鋇晶體；
（1）酸溶時，碳酸鋇與氫離子反應生成二氧化碳、鋇離子和水，其反應的離子方程式為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
故答案為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（2）加稀硝酸溶解，Ba（Fe O₂）₂轉化為Ba²⁺、Fe³⁺，另外溶液中還含有多余的氫離子，所以溶液中的陽離子有Ba²⁺、Fe³⁺、H⁺；
故答案為：H⁺、Fe³⁺；
（3）溶液中含有雜質離子Fe³⁺，調節溶液的pHFe³⁺會轉化為氫氧化鐵沉淀，然后過濾除去；
故答案為：調節溶液的pH，使Fe³⁺完全沉淀除去；
（4）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現沉淀的轉化，
故答案為：BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）；
（5）BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）的平衡常數K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{5.1×1{0}^{-9}}$=0.0216，
設每次用1.00L 2.0 mol•L^-1飽和Na₂CO₃溶液能處理xmol BaSO₄，
BaSO₄ +CO₃^2-=BaCO₃ +SO₄²
  （2.02.0-x）mol•L^-1 x mol•L^-1
根據K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{x}{2.0-x}$=0.0216
解得：x=0.0441，處理次數=$\frac{0.21mol}{0.0441mol}$=4.76，所以至少處理5次，
故答案為：5；
（6）從溶液中提取溶質經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，即可得到硝酸鋇晶體；
故答案為：蒸發濃縮；過濾；
（7）硝酸與亞硫酸鋇反應的產物之一為氮的氧化物，氮的氧化物屬于有毒氣體，會污染空氣，鋇離子屬于有毒的重金屬離子，最后的母液中含有鋇離子，會污染環境，因此要進一步處理，避免造成二次污染；
故答案為：氮的氧化物和重金屬污染．

點評 本題考查學生在“工藝流程閱讀、相關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”等方面對元素化合物性質及其轉化關系的理解和應用程度，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．