Question

【题目】某工厂以重晶石(主要含BaSO4)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”—钛酸钡(BaTiO3)的工艺流程如下：

已知：

(1)Ksp(BaSO4)=1.0×10﹣10 ，Ksp(BaCO3)=5.0×10-9

(2)草酸氧钛钡晶体的化学式为 BaTiO(C2O4)2·4H2O

回答下列问题：

(1)为提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施为_________(写出一条)。

(2)配制一定浓度的TiCl4溶液时，通常是将TiCl4(室温下为液体)________________。

(3)用Na2CO3溶液泡重晶石(假设杂质不与Na2CO3溶液作用)，待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，将BaSO4转化为BaCO3，此反应的平衡常数K=______(填写计算结果)。若不考虑CO32-的水解，则至少需要使用浓度为_____mol/LNa2CO3溶液浸泡重晶石才能开始该转化过程。

(4)设计实验方案验证草酸氧钛钡晶体已经洗涤干净：______________________________。

(5)“混合溶液液”环节，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三种形式存在，如图所示。实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.5～3之间，再进行“沉淀”，则图中曲线a对应钛的形式为_____(填化学式)；写出“沉淀”时的离子方程式：___________。

(6)煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为：__________。

Answer 1

【答案】将BaCO3研成粉末或适当增大盐酸浓度或适当加热或搅拌等 溶于浓盐酸，再加适量水稀释至所需浓度。 0.02 5.0×10-4 取少许最后一次洗涤液，滴入稀硝酸酸化的硝酸银，无沉淀生成，说明晶体已经洗涤干净 TiOC2O4 TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓ BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O

【解析】

(1)根据物质的存在状态及影响化学反应速率的因素分析；

(2)该盐是强酸弱碱盐，在溶液中弱碱阳离子水解，从抑制盐水解考虑；

(3)根据沉淀的转化平衡方程式书写、计算；

(4)草酸氧钛钡晶体从含有HCl、TiCl4溶液中产生，只要证明洗涤液中无Cl-，就证明洗涤干净；

(5) “混合溶液”环节，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三种形式存在，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，随着氨水的不断加入C2O42-浓度逐渐增大的趋势，可以判断a对应钛的形式为TiOC2O4；再根据反应前后各种元素的原子个数守恒及晶体的化学式书写出相应的化学方程式；

(6)草酸氧钛钡晶体煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、CO2及水蒸气。

(1)盐酸与BaCO3发生反应：2HCl+BaCO3=BaCl2+H2O+CO2↑，为了加快反应速率。，可以将固体BaCO3研成粉末，以增大接触面积；也可以适当增大盐酸浓度或适当加热升高反应温度或搅拌等等；

(2) TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti4+会发生水解反应：Ti4++4H2OTi(OH)4+4H+，使溶液变浑浊为了配制得到澄清的TiCl4溶液，同时不引入杂质离子，通常是将TiCl4溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度；

(3) 在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和Na2CO3溶液时，发生沉淀转化生成BaCO3：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，最终BaSO4生成BaCO3；反应的平衡常数K=0.02；在BaSO4饱和溶液中，根据Ksp(BaSO4)=1.0×10﹣10可知c(Ba2+)=1.0×10﹣5mol/L，不考虑CO32-的水解，要实现沉淀的转化，则c(Ba2+)c(CO32-)> Ksp(BaCO3)，c(CO32-)>5.0×10﹣9÷1.0×10﹣5=5.0×10-4mol/L，即至少需要使用浓度为5.0×10-4mol/LNa2CO3溶液浸泡；

(4) HCl、TiCl4、H2C2O4混合反应产生草酸氧钛钡晶体，若晶体过滤后洗涤干净，则洗涤液中不含有Cl-，所以证草酸氧钛钡晶体已经洗涤干净的方法是取少许最后一次洗涤液，滴入稀硝酸酸化的硝酸银，无沉淀生成，说明晶体已经洗涤干净；

(5) “混合溶液”环节，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三种形式存在，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，随着氨水的不断加入，C2O42-浓度逐渐增大的趋势可以判断a对应钛的形式为TiOC2O4，b对应钛的形式为TiO(C2O4)22-；c对应钛的形式为TiO(OH)+；在“沉淀”时的离子方程式为：TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓

(6)草酸氧钛钡晶体煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、CO2及水蒸气。煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。