Question

20．碳酸锶是主要用于电子工业的磁性材料．此外在陶瓷、医药和化工等方面也有广泛的用途．用天青石矿（主要成分为SrSO₄）生产高纯度碳酸锶，须除去碳酸锶粗品中的Ca²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺．其工艺流程如下：

已知：k_sp（SrSO₄）=3.2×10^-7，k_sp（SrCO₃）=1.6×10^-10，k_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10
（1）天青石溶解过程生成SrCO₃粗品的化学方程式为SrSO₄+2NH₄HCO₃=SrCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．溶解时将天青石矿粉碎的目的是增大矿石与溶液的接触面积提高反应速率．
（2）用盐酸酸化时的离子方程式为SrCO₃+2H⁺=Sr²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）滤渣Ⅰ的主要成分是BaSO₄，硫酸的浓度不能超过0.1%的原因是防止生成SrSO4沉淀，减少锶元素的损失．
（4）除铁过程中用NaClO₃代替H₂O₂的优点是生成的Fe（OH）₃沉淀颗粒较大，易过滤．除铁过程的离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+15H₂O=6Fe（OH）₃+Cl^-+12H⁺．
（5）滤渣Ⅱ的成分是Mg（OH）₂和Ca（OH）₂，加入20%的烧碱溶液时需将温度控制在90℃为佳，其原因是降低Ca（OH）₂溶解度，有利于沉淀析出．

Answer 1

分析 用天青石矿（主要成分为SrSO₄）生产高纯度碳酸锶，须除去碳酸锶粗品中的Ca²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺，在饱和碳酸氢铵溶液中溶解，放出二氧化碳，过滤得到滤渣加入盐酸酸溶，调节溶液PH=1.0，过滤得到沉淀中加入0.1%的硫酸，过滤得到滤液加入NaClO₃氧化亚铁离子，调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到滤液中加入20%烧碱沉淀镁离子和钙离子，过滤得到滤液中加入饱和碳酸氢铵碳酸化得到碳酸锶过滤洗涤干燥得到固体，
（1）天青石溶解过程生成SrCO₃粗品，同时发出二氧化碳气体、硫酸铵和水；矿石粉碎增大接触面积提高反应速率；
（2）盐酸酸化是溶解碳酸锶生成锶离子、二氧化碳和水；
（3）加入硫酸沉淀钡离子生成硫酸钡沉淀，硫酸浓度过大会沉淀锶离子；
（4）氯酸钠是氧化剂氧化亚铁离子生成氢氧化铁和盐酸，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式；
（5）滤渣Ⅱ为氢氧化钙、氢氧化镁沉淀，加入20%的烧碱溶液时需将温度控制在90℃为佳，氢氧化钙溶解度随温度升高减小；

解答 解：用天青石矿（主要成分为SrSO₄）生产高纯度碳酸锶，须除去碳酸锶粗品中的Ca²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺，在饱和碳酸氢铵溶液中溶解，放出二氧化碳，过滤得到滤渣加入盐酸酸溶，调节溶液PH=1.0，过滤得到沉淀中加入0.1%的硫酸，过滤得到滤液加入NaClO₃氧化亚铁离子，调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到滤液中加入20%烧碱沉淀镁离子和钙离子，过滤得到滤液中加入饱和碳酸氢铵碳酸化得到碳酸锶过滤洗涤干燥得到固体，
（1）天青石溶解过程生成SrCO₃粗品，同时发出二氧化碳气体、硫酸铵和水，反应的化学方程式为：SrSO₄+2NH₄HCO₃=SrCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；矿石粉碎增大接触面积提高反应速率，
故答案为：SrSO₄+2NH₄HCO₃=SrCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；增大矿石与溶液的接触面积提高反应速率；
（2）盐酸酸化是溶解碳酸锶生成锶离子、二氧化碳和水，反应的离子方程式为：SrCO₃+2H⁺=Sr²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案为：SrCO₃+2H⁺=Sr²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）加入硫酸沉淀钡离子生成硫酸钡沉淀，滤渣Ⅰ的主要成分是硫酸钡，硫酸的浓度不能超过0.1%的原因是硫酸浓度过大会沉淀锶离子，
故答案为：BaSO₄；防止生成SrSO4沉淀，减少锶元素的损失；
（4）氯酸钠是氧化剂氧化亚铁离子生成氢氧化铁和盐酸，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+15H₂O=6Fe（OH）₃+Cl^-+12H⁺，
故答案为：ClO₃^-+6Fe²⁺+15H₂O=6Fe（OH）₃+Cl^-+12H⁺；
（5）滤渣Ⅱ为氢氧化钙、氢氧化镁沉淀，加入20%的烧碱溶液时需将温度控制在90℃为佳，氢氧化钙溶解度随温度升高减小，所以升温降低了氢氧化钙溶解度有利于沉淀析出，
故答案为：Mg（OH）₂和Ca（OH）₂；降低Ca（OH）₂溶解度，有利于沉淀析出；

点评 本题考查了物质的分离提纯、生产流程的分析判断，主要是物质的性质、试剂选择的目的和沉淀产物的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．