Question

5．鍶（Sr）為第五周期ⅡA族元素，其化合物六水氯化鍶（SrCl₂•6H₂O）是實驗窒重要的分析試劑，工業(yè)上常用天青石（主要成分為SrSO₄）為原料制備，生成流程如圖：

已知：①經(jīng)鹽酸浸取后，溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，還含有少量Ba²⁺雜質；
②SrSO₄、BaSO₄的溶度積常數(shù)分別為3.3×10^-7、1.1×10^-10；
③SrCl₂•6H₂O的摩爾質量為：267g/mol．
（1）天青石焙燒前先研磨粉碎，其目的是增加反應物的接觸面積，提高反應速率，提高原料的轉化率．
（2）隔絕空氣高溫焙燒，若0.5mol SrSO₄中只有S被還原，轉移了4mol電子．寫出該反應的化學方程式SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑．
（3）為了得到較純的六水氯化鍶晶體，過濾2后還需進行的兩步操作是洗滌、干燥．
（4）加入硫酸的目的是除去溶液中Ba²⁺雜質；為了提高原料的利用率，濾液中Sr²⁺的濃度應不高于0.03  mol/L（注：此時濾液中Ba²⁺濃度為1×10^-5 mol/L）．
（5）產(chǎn)品純度檢測：稱取1.000g產(chǎn)品溶解于適量水中，向其中加入含AgNO₃1.100×10^-2mol的AgNO₃溶液（溶液中除Cl^-外，不含其它與Ag⁺反應的離子），待Cl^-完全沉淀后，用含F(xiàn)e³⁺的溶液作指示劑，用0.2000mol/L的NH₄SCN標準溶液滴定剩余的AgNO₃，使剩余的Ag⁺以AgSCN白色沉淀的形式析出．①滴定反應達到終點的現(xiàn)象是溶液由無色變?yōu)檠�紅色，且30s不褪色；
②若滴定過程用去上述濃度的NH₄SCN溶液20.00mL，則產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的質量百分含量為93.45%（保留4位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分為SrSO₄）為原料制備六水氯化鍶（SrCl₂•6H₂O），由流程可知，天青石和碳隔絕空氣高溫焙燒生成CO、SrS，SrS加鹽酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，還含有少量Ba²⁺雜質，然后加硫酸生成硫酸鋇沉淀，所以過濾后濾渣為硫酸鋇，濾液中含SrSO₄、SrCl₂，最后蒸發(fā)、冷卻結晶得到SrCl₂•6H₂O，
（1）研磨粉碎的目的是增加反應物的接觸面積，提高反應速率，提高原料的轉化率；
（2）0.5mol SrSO₄中只有S被還原，轉移了4mol電子，則1mol的S轉移8mol的電子，反應后生成的-2價硫離子，據(jù)此寫出該反應的化學方程式；
（3）過濾1后的濾液中含有氯化鍶，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，然后從溶液中將晶體過濾出來，洗滌除去表面的雜質離子并進行干燥即獲得SrCl₂•6H₂O；
（4）用HCl溶解SrS后的溶液中含有雜質鋇離子，加入硫酸的后生成硫酸鋇沉淀從而除去溶液中Ba²⁺雜質；
根據(jù)鋇離子濃度、硫酸鋇的溶度積計算出鋇離子完全除去時硫酸根離子的濃度，然后根據(jù)硫酸鍶的溶度積計算出需要鍶離子的最小濃度；
（5）①若NH₄SCN不再剩余的Ag⁺結合形成AgSCN白色沉淀，溶液中就會含有SCN^-，就會與Fe³⁺產(chǎn)生絡合物是溶液變?yōu)榧t色，據(jù)此判斷滴定終點；
②根據(jù)n=cV計算出n（NH₄SCN），Ag⁺以AgSCN白色沉淀的形式析出，據(jù)此計算出溶液中剩余的Ag⁺的物質的量及與Cl^-反應的Ag⁺的物質的量，再根據(jù)氯離子守恒計算出1.000g產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的物質的量、質量，最后計算出產(chǎn)品純度．

解答 解：（1）天青石焙燒前先研磨粉碎，其目的是為了增加反應物的接觸面積，提高化學反應速率，從而提高原料的轉化率，
故答案為：增加反應物的接觸面積，提高反應速率，提高原料的轉化率；
（2）在焙燒的過程中若只有0.5 mol SrSO₄中只有S被還原，轉移了4 mol電子，則1mol的S轉移8mol的電子，由于在反應前元素的化合價為+6價，所以反應后元素的化合價為-2價，因此碳與天青石在高溫下發(fā)生反應的化學方程式為：SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑，
故答案為：SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑；
（3）然后向得到的含有SrS固體中加入HCl發(fā)生反應：SrS+2HCl=SrCl₂+H₂S↑，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，然后從溶液中將晶體過濾出來，洗滌除去表面的雜質離子并進行干燥即獲得SrCl₂•6H₂O，
故答案為：洗滌、干燥；
（4）在用HCl溶解SrS后的溶液中加入硫酸的目的是除去溶液中Ba²⁺雜質；
由于在Ba²⁺濃度為1×10^-5 mol/L，BaSO₄的溶度積常數(shù)為1.1×10^-10，所以c（SO₄^2-）=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{1×10{\;}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5mol/L，而SrSO₄的溶度積常數(shù)為3.3×10^-7，所以c（Sr²⁺）=$\frac{3.3×10{\;}^{-7}}{1.1×10{\;}^{-5}}$mol/L=3.0×10^-2=0.03mol/L，
故答案為：除去溶液中Ba²⁺雜質； 0.03；
（5）①若NH₄SCN不再剩余的Ag⁺結合形成AgSCN白色沉淀，溶液中就會含有SCN^-，就會與Fe³⁺產(chǎn)生絡合物是溶液變?yōu)榧t色，因此滴定達到終點時溶液由無色變?yōu)檠�紅色，且30 s不褪色，
故答案為：溶液由無色變?yōu)檠�紅色，且30 s不褪色；
②n（NH₄SCN）=0.2000mol/L×0.02L=4.0×10^-3mol，Ag⁺以AgSCN白色沉淀的形式析出，所以溶液中剩余的Ag⁺的物質的量為：n（Ag⁺）=4.0×10^-3mol，則與Cl^-反應的Ag⁺的物質的量為：n（Ag⁺）=1.100×10^-2 mol-4.0×10^-3mol=7.0×10^-3mol，
1.000g產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的物質的量為：n（SrCl₂•6H₂O）=$\frac{1}{2}$×n（Ag⁺）=3.5×10^-3mol，
1.000g產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的質量為：m（SrCl₂•6H₂O）=3.5×10^-3mol×267 g/mol=0.9345g，
所以產(chǎn)品純度為：$\frac{0.9435g}{1g}$×100%=93.45%，
故答案為：93.45%．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備流程中發(fā)生的化學反應及物質分離方法為解答的關鍵，涉及反應速率、氧化還原反應、滴定原理等，注意信息與所學知識的綜合應用，綜合性較強，題目難度較大．