Question

7．碳酸鍶（ SrCO₃）可、作磁、材料、電子元件和焰火材料等．以天青石（主要成分為SrSO₄，含有少量BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料制備SrCO₃的工藝流程如圖1：

已知：

	SrSO4	BaSO4	SrCO3
Ksp	3.2×10-7	1.1×10-10	1.6×10-10

回答下列問題：
（I）寫出一條能加快“浸取轉(zhuǎn)化”反應(yīng)速率的措施：升高溫度增大純堿濃度；濾液1的主要成分為Na₂SO₄（填化學(xué)式）．
（2）加入HC1、HNO₃混酸溶解后，所得溶液中陽離子共有5種；濾渣1的主要成分為SiO₂（填化學(xué)式）．
（3）“除鋇”過程中硫酸過多會導(dǎo)致鍶元素的損失．若除鋇后所得溶液（M）中c（Ba²⁺）=1.0×10^-5mol•L^-1，要使鍶元素不損失，則M中c（Sr²⁺）應(yīng)不超過0.029mol•L^-1（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
（4）“沉鍶”生成SrCO₃的離子方程式為Sr²⁺+2HCO₃^-=SrCO₃+H₂O+CO₂↑．“沉鍶”過程中鍶的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖2所示，60℃之前，鍶的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而變大的主要原因是升溫有利于二氧化碳逸出有利于SrCO₃生成．
（5）以SrCO₃粉作原料經(jīng)高溫焙燒分解成SrO，再將SrO與鋁粉充分混合并壓制，真空環(huán)境下通過熱還原反應(yīng)可制得金屬Sr，同時獲得3SrO•Al₂O₃渣團(tuán)．請寫出熱還原反應(yīng)的化學(xué)方程式6SrO+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Sr+3SrO•Al₂O₃．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分為SrSO₄，含有少量BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料制備SrCO₃的工藝流程，加入純堿溶液浸取轉(zhuǎn)化，過濾得到濾液Ⅰ硫酸鈉，濾渣加入HCl和HNO₃的混合溶液溶解，過濾得到濾渣1為二氧化硅，濾液中為Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，加入適量硫酸除鋇過濾，濾液中加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH除去鐵和鋁，然后加入碳酸氫銨沉淀鍶離子生成碳酸鍶沉淀，
（1）加快“浸取轉(zhuǎn)化”反應(yīng)速率，利用影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析判斷，可以升溫、增大濃度等措施；濾液1主要是生成的硫酸鈉；
（2）加入HC1、HNO₃混酸，BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃等溶解后，濾液中為Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，二氧化硅是酸性氧化物不與混酸反應(yīng)；
（3）結(jié)合硫酸鋇和硫酸鍶溶度積常數(shù)計算；
（4）加入碳酸氫銨和鍶離子生成碳酸鍶沉淀、水和二氧化碳；60℃之前，鍶的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而變大是升溫有利于平衡正向進(jìn)行；
（5）將SrO與鋁粉充分混合并壓制，真空環(huán)境下通過熱還原反應(yīng)可制得金屬Sr，同時獲得3SrO•Al₂O₃渣團(tuán)，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；

解答 解：以天青石（主要成分為SrSO₄，含有少量BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料制備SrCO₃的工藝流程，加入純堿溶液浸取轉(zhuǎn)化，過濾得到濾液Ⅰ硫酸鈉，濾渣加入HCl和HNO₃的混合溶液溶解，過濾得到濾渣1為二氧化硅，濾液中為Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，加入適量硫酸除鋇過濾，濾液中加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH除去鐵和鋁，然后加入碳酸氫銨沉淀鍶離子生成碳酸鍶沉淀，
（1）能加快“浸取轉(zhuǎn)化”反應(yīng)速率的措施是：升高溫度增大純堿濃度，分析可知濾液1主要是生成的硫酸鈉，
故答案為：升高溫度增大純堿濃度；Na₂SO₄；
（2）加入HC1、HNO₃混酸，BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃等溶解后，濾液中為Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，加入HC1、HNO₃混酸溶解后，所得溶液中陽離子共有5種，二氧化硅是酸性氧化物不與混酸反應(yīng)，濾渣1的主要成分為SiO₂，
故答案為：5；SiO₂；
（3）“除鋇”過程中硫酸過多會導(dǎo)致鍶元素的損失．若除鋇后所得溶液（M）中c（Ba²⁺）=1.0×10^-5mol•L^-1，
c（SO₄^2-）$\frac{Ksp}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.1×10^-5mol/L，
M中c（Sr²⁺）=$\frac{Ksp}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{3.2×1{0}^{-7}}{1.1×1{0}^{-5}}$=0.029mol/L，
要使鍶元素不損失，則M中c（Sr²⁺）應(yīng)不超過0.029mol/L，
故答案為：0.029mol/L；
（4）加入碳酸氫銨和鍶離子生成碳酸鍶沉淀、水和二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為：Sr²⁺+2HCO₃^-=SrCO₃+H₂O+CO₂↑，60℃之前，鍶的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而變大是升溫有利于平衡正向進(jìn)行，60℃之前，鍶的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而變大的主要原因是：升溫有利于二氧化碳逸出有利于SrCO₃生成，
故答案為：Sr²⁺+2HCO₃^-=SrCO₃+H₂O+CO₂↑；升溫有利于二氧化碳逸出有利于SrCO₃生成；
（5）將SrO與鋁粉充分混合并壓制，真空環(huán)境下通過熱還原反應(yīng)可制得金屬Sr，同時獲得3SrO•Al₂O₃渣團(tuán)，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式為：6SrO+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Sr+3SrO•Al₂O₃，
故答案為；6SrO+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Sr+3SrO•Al₂O₃．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純、離子性質(zhì)、離子除雜、溶度積常數(shù)計算、化學(xué)平衡影響因素分析等，注意分析題干信息和流程，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．