Question

8．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，其部分工艺流程如下：

已知：①Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7；
②Ba（NO₃）₂在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小．
（1）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）结合该厂实际，试剂X应选用B（填字母）．
A．BaCl₂    B．BaCO₃    C．Ba（NO₃）₂    D．Ba（OH）₂
（3）废渣2为Fe（OH）₃（填化学式），操作Ⅲ为蒸发浓缩、冷却结晶，过滤3后的母液应循环到容器c（填“a”“b”或“c”）中．
（4）已知K_sp（BaSO₄）=1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9，在BaSO₄饱和溶液中加入Na₂CO₃固体，欲析出BaCO₃沉淀，则溶液中CO${\;}_{3}^{2-}$浓度至少为5.1×10^-4mol•L^-1（忽略溶液体积变化）．

Answer 1

分析 （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；根据从溶液中提取溶质的方法分析；根据母液中的成分判断；
（4）根据K_sp（BaSO₄）计算BaSO₄的悬浊液中c（Ba²⁺），再根据K_sp（BaCO₃）计算使Ba²⁺沉淀需要c（CO₃^2-），据此计算碳酸钠的浓度．

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；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；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：Fe（OH）₃；蒸发浓缩、冷却结晶；c；
（4）BaSO₄的悬浊液中c（Ba²⁺）=c（SO₄^2-）=$\sqrt{1×1{0}^{-10}}$mol/L=1×10^-5mol/L，故使Ba²⁺沉淀需要碳酸根的最小浓度为c（CO₃^2-）=$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{5.1×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=5.1×10^-4mol/L，
故答案为：5.1×10^-4．

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．