Question

15．鋇鹽生產中排出大量的鋇泥[主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等]，某主要生產BaCO₃的化工廠利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂晶體及其他副產物，其部分工藝流程如下：

已知：i Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2和9.7．
ii Ba（NO₃）₂在熱水中溶解度較大，在冷水中溶解度較�。�
iii K_SP（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_SP（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）該廠生產的BaCO₃因含有少量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，過濾，洗滌．用離子方程式和必要的文字說明提純原理：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子的濃度，使平衡正向移動從而除去BaSO₄雜質．
（2）上述流程酸溶時，Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應生成兩種硝酸鹽，化學方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃=Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O．
（3）該廠結合本廠實際，選用的X為③（從下列選項中選擇）；廢渣2為Fe（OH）₃（寫出化學式）．
①BaCl₂    ②Ba（NO₃）₂    ③BaCO₃   ④Ba（OH）₂
（4）過濾3后的母液應循環(huán)到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（5）稱取w g晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質量為mg，則該Ba（NO₃）₂的純度為$\frac{261m}{233w}$×100%．

Answer 1

分析 鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在a容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，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(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣2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(fā)、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現沉淀的轉化；
（2）Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應生成Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，以此確定反應的化學方程式；
（3）X既要能消耗硝酸，又不產生新雜質，結合本廠實際，故可用BaCO₃；
（4）通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾，得到硝酸鋇晶體，剩余的濾液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，可循環(huán)使用；
（5）根據沉淀硫酸鋇的質量，結合方程式計算求出硝酸鋇的質量，再求樣品的純度．

解答 解：鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在a容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，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(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣2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(fā)、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子的濃度，當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現沉淀的轉化，使平衡正向移動從而除去BaSO₄雜質，
故答案為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子的濃度，使平衡正向移動從而除去BaSO₄雜質；
（2）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素為+2價，鐵元素為+3價，所以反應產物為Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，所以其反應方程式為：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；
（3）X既要能中和硝酸，又不產生新雜質，結合工廠實際，應該用BaCO₃來調節(jié)pH，由以上分析可知過濾后廢渣2為Fe（OH）₃，
故答案為：③；Fe（OH）₃；
（4）通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾，得到硝酸鋇晶體，剩余的濾液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，所以含有Ba（NO₃）₂的母液應該，循環(huán)到容器c中，
故答案為：c；
（5）稱取w克晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質量為m克，其發(fā)生的反應為：Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃，
設參加反應的Ba（NO₃）₂為xg，
Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃
261              233
x                mg
則 $\frac{261}{x}$=$\frac{233}{mg}$，解得x=$\frac{261m}{233}$，所以該Ba（NO₃）₂的純度為$\frac{\frac{261m}{233}}{w}$×100%=$\frac{261m}{233w}$×100%，
故答案為：$\frac{261m}{233w}$×100%．

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．