Question

15．鋇鹽生產(chǎn)中排出大量的鋇泥[主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等]，某主要生產(chǎn)BaCO₃的化工廠利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂晶體及其他副產(chǎn)物，其部分工藝流程如圖：

已知：i Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2和9.7．
ii Ba（NO₃）₂在熱水中溶解度較大，在冷水中溶解度較�。�
iii K_SP（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_SP（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）Ba（FeO₂）₂中Fe的化合價是+3．
（2）二氧化碳與水作用形成的碳酸在水中的電離常數(shù)K_a1=4.2×10^-7，K_a2=5.6×10^-11；次氯酸在水中的電離常數(shù)K_a=4.7×10^-8．寫出向“84消毒液”（主要成分為氯化鈉和次氯酸鈉）中通入二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的離子方程式ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-．
（3）該廠生產(chǎn)的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不純，提純的方法是：將產(chǎn)品加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，充分攪拌，過濾，洗滌．用離子方程式和必要的文字說明提純原理：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．
（4）上述流程酸溶時，Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應(yīng)生成兩種硝酸鹽，化學方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O．
（5）該廠結(jié)合本廠實際，選用的X為③（從下列選項中選擇）；廢渣2為Fe（OH）₃（寫出化學式）．
①BaCl₂   ②Ba（NO₃）₂   ③BaCO₃   ④Ba（OH）₂
（6）過濾3后的母液應(yīng)循環(huán)到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（7）稱取w g晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質(zhì)量為m g，則該Ba（NO₃）₂的純度為$\frac{261m}{233w}$×100%．

Answer 1

分析 鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在a容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過濾后濾液中含有鐵離子、鋇離子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸鋇，調(diào)節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過濾后廢渣2為Fe（OH）₃，濾液中含有硝酸、硝酸鋇等，加入氫氧化鋇中和得到硝酸鋇溶液，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、過濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，
（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0判斷Ba（FeO₂）₂中Fe的化合價；
（2）根據(jù)電離常數(shù)判斷酸性強弱，根據(jù)強酸制弱酸的原理書寫反應(yīng)的離子方程式；
（3）當c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）時，可實現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化；
（4）Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應(yīng)生成Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，以此確定反應(yīng)的化學方程式；
（5）X既要能中和硝酸，又不產(chǎn)生新雜質(zhì)，結(jié)合本廠實際，故可用BaCO₃；根據(jù)上面的分析可知，廢渣2為Fe（OH）₃；
（6）通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，得到硝酸鋇晶體，剩余的濾液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，可循環(huán)使用；
（7）根據(jù)沉淀硫酸鋇的質(zhì)量，結(jié)合方程式計算求出硝酸鋇的質(zhì)量，再求樣品的純度．

解答 解：（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0可知，Ba（FeO₂）₂中Fe的化合價為+3價，
故答案為：+3；
（2）根據(jù)電離常數(shù)可知，酸性強弱為H₂CO₃＞HCl₂CO＞HCO₃^-，所以次氯酸鈉中通入二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-，
故答案為：ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-；
（3）將BaCO₃加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，存在BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），鋇離子與碳酸根離子結(jié)合生成碳酸鋇沉淀，使硫酸鋇的沉淀溶解平衡正移，從而轉(zhuǎn)化為碳酸鋇，其反應(yīng)的離子方程式為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
（4）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素為+2價，鐵元素為+3價，所以反應(yīng)產(chǎn)物為Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，所以其反應(yīng)方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O，
故答案為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（5）X既要能中和硝酸，又不產(chǎn)生新雜質(zhì)，結(jié)合工廠實際，應(yīng)該用BaCO₃來調(diào)節(jié)pH，故選③，已知Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2和9.7，流程中調(diào)節(jié)PH為4～5，所以三價鐵離子會完全轉(zhuǎn)化為沉淀Fe（OH）₃，
故答案為：③；Fe（OH）₃；
（6）通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，得到硝酸鋇晶體，剩余的濾液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，所以含有Ba（NO₃）₂的母液應(yīng)該，循環(huán)到容器c中，
故答案為：c；
（7）稱取w克晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質(zhì)量為m克，其發(fā)生的反應(yīng)為：Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃，
設(shè)參加反應(yīng)的Ba（NO₃）₂為xg，
   Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃
    261               233
     x                 mg
則 $\frac{261}{x}$=$\frac{233}{mg}$，解得x=$\frac{261m}{233}$，所以該Ba（NO₃）₂的純度為$\frac{\frac{261m}{233}}{w}$×100%=$\frac{261m}{233w}$×100%，
故答案為：$\frac{261m}{233w}$×100%．

點評 本題考查學生在“工藝流程閱讀、相關(guān)反應(yīng)化學方程式書寫、化學反應(yīng)條件控制的原理、生產(chǎn)流程的作用”等方面對元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解和應(yīng)用程度，考查學生對新信息的處理能力，題目難度中等．