Question

19．已知草酸分子式为H₂C₂O₄，属于弱酸，具有还原性；草酸钙、草酸镁等盐难溶于水．用工业硝酸锶（含有Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺及其它重金属等杂质）制备高纯度碳酸锶的工业流程如图．

（1）写出步骤①反应的离子反应方程式Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=BaCr₂O₇↓．
（2）写出步骤②反应的离子反应方程式3H₂C₂O₄+8H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O．
（3）已知：Ksp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，通过计算说明步骤③用氨水调节溶液的pH值在≥5.6范围，才能保证Cr³⁺沉淀完全．
（4）步骤④在除去Ca²⁺、Mg²⁺及重金属杂质时加入氨水的目的是增大硫离子浓度，使所有重金属杂质沉淀除去．
（5）步骤⑤成盐时，用氨水控制溶液pH在7～8之间的原因是将碳酸氢根离子转化为碳酸根离子，确保生成碳酸锶沉淀．
（6）步骤⑥在200°C烘干的目的是使碳酸锶上吸附的铵盐分解完全．

Answer 1

分析 硝酸锶用水溶解，加入重铬酸铵除钡得到BaCr₂O₇沉淀，过滤分离，滤液中加入硝酸、草酸还原Cr₂O₇^2-，再加入氨水中和、沉淀得到Cr（OH）₂，可知Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，草酸被氧化为二氧化碳，再过滤分离，滤液中加入氨水、醋酸铵、硫化氢，除去Ca²⁺、Mg²⁺、重金属，滤液中再加入碳酸氢铵得到碳酸锶，滤液中含有Sr²⁺，进行循环利用．
（1）步骤①是硝酸锶与重铬酸铵反应得到BaCr₂O₇沉淀；
（2）步骤②是酸性条件下Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，草酸被氧化为二氧化碳；
（3）Cr³⁺浓度为10^-5mol/L沉淀完全，根据Ksp[Cr（OH）₃]计算溶液中c（OH^-），进而计算控制溶液pH；
（4）加入氨水溶液呈碱性，增大硫离子浓度；
（5）将碳酸氢根离子转化为碳酸根离子；
（6）碳酸锶表面会附着铵盐，加热会分解．

解答 解：硝酸锶用水溶解，加入重铬酸铵除钡得到BaCr₂O₇沉淀，过滤分离，滤液中加入硝酸、草酸还原Cr₂O₇^2-，再加入氨水中和、沉淀得到Cr（OH）₂，可知Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，草酸被氧化为二氧化碳，再过滤分离，滤液中加入氨水、醋酸铵、硫化氢，除去Ca²⁺、Mg²⁺、重金属，滤液中再加入碳酸氢铵得到碳酸锶，滤液中含有Sr²⁺，进行循环利用．
（1）步骤①是硝酸锶与重铬酸铵反应得到BaCr₂O₇沉淀，反应离子方程式为：Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=BaCr₂O₇↓，
故答案为：Ba²⁺+Cr₂O₇^2-=BaCr₂O₇↓；
（2）步骤②是酸性条件下Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，草酸被氧化为二氧化碳，反应离子方程式为：3H₂C₂O₄+8H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O，
故答案为：3H₂C₂O₄+8H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O；
（3）Cr³⁺浓度为10^-5mol/L沉淀完全，Ksp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，此时溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{6.4×1{0}^{-31}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=4×10^-9mol，溶液pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$=5.6，故应控制pH≥5.6，
故答案为：pH≥5.6；
（4）加入氨水溶液呈碱性，增大硫离子浓度，使所有重金属杂质沉淀除去，
故答案为：增大硫离子浓度，使所有重金属杂质沉淀除去；
（5）用氨水控制溶液pH在7～8之间的原因是：将碳酸氢根离子转化为碳酸根离子，确保生成碳酸锶沉淀，
故答案为：将碳酸氢根离子转化为碳酸根离子，确保生成碳酸锶沉淀；
（6）碳酸锶表面会附着铵盐，在200°C烘干使铵盐分解完全，
故答案为：使碳酸锶上吸附的铵盐分解完全．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及离子方程式书写、对操作与试剂的分析评价、条件控制、物质分离提纯等，关键是对原理的理解．