Question

20．钡盐生产中排出大量的钡泥[主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等]，某主要生产BaCO₃的化工厂利用钡泥制取Ba（NO₃）₂晶体及其他副产物，其部分工艺流程如图：

已知：i．Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7．
ii．Ba（NO₃）₂在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小．
iii．K_SP（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_SP（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）上述流程酸溶时，Ba（FeO₂）₂与HNO₃反应生成两种硝酸盐，化学方程式为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O
（2）该厂结合本厂实际，选用的X最适宜为B（从下列选项中选择）；
①BaCl₂    ②Ba（NO₃）₂    ③BaCO₃   ④Ba（OH）₂
（3）废渣2为Fe（OH）₃（写出化学式）．
（4）操作Ⅲ为蒸发浓缩、冷却结晶
（5）过滤3后的母液应循环到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（6）称取w g晶体溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量为m g，则该Ba（NO₃）₂的纯度为$\frac{261m}{233w}$×100%．

Answer 1

分析 钡泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在a容器中充分溶解，可生成硫酸钡，过滤后滤液中含有铁离子、钡离子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸钡，调节溶液pH=4～5，使铁离子水解生成Fe（OH）₃沉淀，过滤后废渣2为Fe（OH）₃，滤液中含有硝酸、硝酸钡等，加入氢氧化钡中和得到硝酸钡溶液，经蒸发、浓缩、过滤可得到硝酸钡晶体，母液中含有硝酸钡．
（1）Ba（FeO₂）₂与中钡元素和铁元素的化合价分析反应产物，然后写出方程式；
（2）X既要能中和硝酸，又不产生新杂质，结合本厂实际，故可用BaCO₃；
（3）根据三价铁离子和二价铁离子完全沉淀时的PH分析；
（4）根据从溶液中提取溶质的方法分析；
（5）根据母液中的成分判断；
（6）根据沉淀硫酸钡的质量，结合方程式计算求出硝酸钡的质量，再求样品的纯度．

解答 解：（1）Ba（FeO₂）₂与中钡元素为+2价，铁元素为+3价，所以反应产物为Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，所以其反应方程式为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O，
故答案为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（2）X既要能中和硝酸，又不产生新杂质，结合工厂实际，应该用BaCO₃来调节pH，故答案为：B；
（3）已知Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7，流程中调节PH为4～5，所以三价铁离子会完全转化为沉淀Fe（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃；
（4）从溶液中提取溶质的方法为：蒸发浓缩、冷却结晶，然后过滤，所以操作Ⅲ为蒸发浓缩、冷却结晶；故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到硝酸钡晶体，剩余的滤液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，所以含有Ba（NO₃）₂的母液应该，循环到容器c中，故答案为：c；
（6）称取w克晶体溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量为m克，其发生的反应为：Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃，
设参加反应的Ba（NO₃）₂为xg，
   Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃
    261                           233
     x                               mg
则 $\frac{261}{x}$=$\frac{233}{mg}$，解得x=$\frac{261m}{233}$，所以该Ba（NO₃）₂的纯度为 $\frac{261m}{\frac{233}{w}}$×100%=$\frac{261m}{233w}$×100%，
故答案为：$\frac{261m}{233w}$×100%．

点评 本题考查学生在“工艺流程阅读、相关反应化学方程式书写、化学反应条件控制的原理、生产流程的作用”等方面对元素化合物性质及其转化关系的理解和应用程度，考查学生对新信息的处理能力，题目难度中等．