Question

10．Ba（NO₃）₂可用于生产绿色烟花、绿色信号弹、炸药、陶瓷釉药等．钡盐行业生产中排出大量的钡泥，某主要生产BaCO₃、BaSO₄的化工厂利用钡泥制取Ba（NO₃）₂晶体（不含结晶水），其部分工艺流程如下：

已知：①Fe³⁺和Fe²⁺以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的pH分别为3.2和9.7；
②Ba（NO₃）₂晶体的分解温度：592℃；
③K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）该厂生产的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不纯，提纯的方法是：将产品加入足量的饱和Na₂CO₃溶液中，充分搅拌，过滤，洗涤．试用离子方程式说明提纯原理：BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）；
（2）上述流程酸溶时，Ba（FeO₂）₂与HNO₃反应生成两种硝酸盐，反应的化学方程式为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃ =Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（3）该厂结合本厂实际，选用的X为B（填序号）；
A．BaCl₂    B．BaCO₃      C．Ba（NO₃）₂   D．Ba（OH）₂
（4）中和I使溶液的pH为4～5目的是使Fe³⁺完全沉淀；；结合离子方程式简述原理Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3 H⁺，BaCO₃消耗H⁺使Fe³⁺水解平衡右移，形成Fe（OH）₃沉淀．
（5）从Ba（NO₃）₂溶液中获得其晶体的操作方法是蒸发浓缩，冷却结晶；
（6）测定所得Ba（NO₃）₂晶体的纯度：准确称取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，称量其质量为m g，则该晶体的纯度为$\frac{261m}{233w}$×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，过滤得到的固体洗涤后除去废渣，滤液重新加入酸溶步骤充分利用，
（1）当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化；
（2）Ba（FeO₂）₂与HNO₃反应生成Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，以此确定反应的化学方程式；
（3）X既要能消耗硝酸，又不产生新杂质，结合本厂实际，故可用BaCO₃；
（4）中和Ⅰ使溶液中的Fe³⁺易发生水解而生成Fe（OH）₃沉淀；
（5）从溶液中得到晶体，应用蒸发结晶的方法；
（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：钡泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，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，过滤得到的固体洗涤后除去废渣，滤液重新加入酸溶步骤充分利用；
（1）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化，
故答案为：BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）；
（2）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；
（3）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；
（4）Fe³⁺易发生水解而生成Fe（OH）₃沉淀，离子方程式为Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3 H⁺，加入碳酸钡，BaCO₃消耗H⁺使Fe³⁺水解平衡右移，形成Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：使Fe³⁺完全沉淀；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3 H⁺，BaCO₃消耗H⁺使Fe³⁺水解平衡右移，形成Fe（OH）₃沉淀；
（5）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；
（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$\frac{\frac{261m}{233}}{w}$×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，综合考查学生对新信息的处理能力、分析能力和实验能力，题目难度中等，注意把握实验原理和方法．