Question

1．Ba（NO₃）₂可用于生产绿色烟花、绿色信号弹、炸药等．某生产BaCO₃、BaSO₄的化工厂生产中排出大量的钡泥（主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等），该厂利用钡泥制取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；
②K_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D（填序号），中和I使溶液中的Fe³⁺、H⁺（填离子符号）的浓度减小
A．BaCl₂          B．Ba（OH）₂          C．Ba（NO₃）₂          D．BaCO₃
（4）最后的废渣中除原有的难溶性杂质外还含有Fe（OH）₃、BaSO₄（填化学式）．
（5）测定所得Ba（NO₃）₂晶体的纯度：准确称取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，称量其质量为m克，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，中和Ⅰ使溶液中的Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀、H⁺浓度减小；
（4）中和Ⅰ使溶液中H⁺浓度减小，Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀，硝酸具有强氧化性，将亚硫酸钡氧化为硫酸钡，故沉淀中还含有Fe（OH）₃、BaSO₄；
（5）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）加入X调节溶液的pH=4～5，则X应能消耗H⁺，结合工厂主要生产BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的实际情况，可选用BaCO₃，中和后溶液中H⁺浓度减小，pH在4～5时，Fe³⁺也完全沉淀，故Fe³⁺浓度也减小，
故答案为：D，Fe³⁺、H⁺；
（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，硝酸具有强氧化性，将亚硫酸钡氧化为硫酸钡，故沉淀中还含有Fe（OH）₃、BaSO₄，
故答案为：Fe（OH）₃、BaSO₄；
（5）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
则解得x=$\frac{261m}{233}$g，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．