Question

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

已知：①Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2和9.7；
②Ba（NO₃）₂在熱水中溶解度較大，在冷水中溶解度較�。�
（1）酸溶時，Ba（FeO₂）₂與HNO₃反應生成兩種硝酸鹽，化學方程式為Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O．
（2）結合該廠實際，試劑X應選用B（填字母）．
A．BaCl₂    B．BaCO₃    C．Ba（NO₃）₂    D．Ba（OH）₂
（3）廢渣2為Fe（OH）₃（填化學式），操作Ⅲ為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，過濾3后的母液應循環(huán)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飽和溶液中加入Na₂CO₃固體，欲析出BaCO₃沉淀，則溶液中CO${\;}_{3}^{2-}$濃度至少為5.1×10^-4mol•L^-1（忽略溶液體積變化）．

Answer 1

分析 （1）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素和鐵元素的化合價分析反應產物，然后寫出方程式；
（2）X既要能中和硝酸，又不產生新雜質，結合本廠實際，故可用BaCO₃；
（3）根據三價鐵離子和二價鐵離子完全沉淀時的PH分析；根據從溶液中提取溶質的方法分析；根據母液中的成分判斷；
（4）根據K_sp（BaSO₄）計算BaSO₄的懸濁液中c（Ba²⁺），再根據K_sp（BaCO₃）計算使Ba²⁺沉淀需要c（CO₃^2-），據此計算碳酸鈉的濃度．

解答 解：（1）Ba（FeO₂）₂與中鋇元素為+2價，鐵元素為+3價，所以反應產物為Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，所以其反應方程式為：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；
（2）X既要能中和硝酸，又不產生新雜質，結合工廠實際，應該用BaCO₃來調節(jié)pH，故答案為：B；
（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，流程中調節(jié)PH為4～5，所以三價鐵離子會完全轉化為沉淀Fe（OH）₃；從溶液中提取溶質的方法為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，然后過濾，所以操作Ⅲ為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、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的母液應該，循環(huán)到容器c中，故答案為：Fe（OH）₃；蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；c；
（4）BaSO₄的懸濁液中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濃度為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，
故答案為：5.1×10^-4．

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