Question

6．八水氫氧化鍶[Sr（OH）₂•8H₂O]常用于改進(jìn)干性油和油漆的干燥性．工業(yè)上常用天青石為原料制備八水氫氧化鍶，其生產(chǎn)流程如下：

已知：①Sr（OH）₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$SrO+H₂O；
②天青石主要成分為SrSO₄，主要雜質(zhì)有BaCO₃、SiO₂等；
③SrSO₄、BaSO₄的溶度積常數(shù)分別為3.3×10^-7、1.1×10^-10．
（1）為了提高焙燒效率及原料轉(zhuǎn)化率，可在焙燒前將天青石先作研磨粉碎處理．
（2）焙燒過(guò)程中發(fā)生的主反應(yīng)為SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑，還有多個(gè)副反應(yīng)，其中屬于氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式是2C+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2CO或2C+Si$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Si+2CO（只寫(xiě)一個(gè) ）；焙燒過(guò)程中，當(dāng)有5mol碳發(fā)生反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為10N_A（設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值）．
（3）過(guò)濾1后濾渣的成分是BaSO₄．
（4）加適量硫酸除盡Ba²⁺時(shí)，為了阻止Sr²⁺轉(zhuǎn)化成SrSO₄•Sr²⁺的濃度應(yīng)不高于0.03mol•L^-1．（注：溶液中離子濃度低于1×10^-5mol•L^-1時(shí)認(rèn)為該離子已除盡）
（5）為了得到較純的Sr（OH）₂•8H₂O，過(guò)濾2后還需進(jìn)行的兩步操作是洗滌、干燥．
（6）產(chǎn)品純度檢測(cè)：稱取2.80g該產(chǎn)品（含少量無(wú)機(jī)鹽雜質(zhì)）于坩堝中，加熱至恒重，稱得剩余固體質(zhì)量為1.18g，則該產(chǎn)品中Sr（OH）₂•8H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分為SrSO₄含有BaCO₃、SiO₂）為原料制備八水合氫氧化鍶[Sr（OH）₂•8H₂O]，由流程可知，天青石和碳隔絕空氣高溫焙燒生成CO、SrS，加NaOH溶解SiO₂，過(guò)濾后剩余固體中主要含有SrS，加鹽酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，還含有少量Ba²⁺雜質(zhì)，然后加硫酸生成硫酸鋇沉淀，所以過(guò)濾后濾渣為硫酸鋇，濾液中含SrSO₄、SrCl₂，再加入足量NaOH溶液，最后蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶得到Sr（OH）₂•8H₂O；
（1）研磨粉碎可以增加反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高原料的轉(zhuǎn)化率；
（2）焙燒過(guò)程中發(fā)生的主反應(yīng)為SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑，另外還有C與氧氣的反應(yīng)、C與SiO2等的副反應(yīng)發(fā)生，均為氧化還原反應(yīng)；焙燒過(guò)程中碳為還原劑，氧化產(chǎn)物為CO，每個(gè)碳由0價(jià)升高為+2價(jià)；
（3）用HCl溶解SrS后的溶液中含有雜質(zhì)鋇離子，加入硫酸的后生成硫酸鋇沉淀從而除去溶液中Ba²⁺雜質(zhì)；
（4）根據(jù)鋇離子濃度、硫酸鋇的溶度積計(jì)算出鋇離子完全除去時(shí)硫酸根離子的濃度，然后根據(jù)硫酸鍶的溶度積計(jì)算出需要鍶離子的最小濃度；
（5）過(guò)濾1后的濾液中含有氯化鍶，加入過(guò)量氫氧化鈉溶液后，生成了氫氧化鍶，再蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后從溶液中將晶體過(guò)濾出來(lái)，洗滌除去表面的雜質(zhì)離子并進(jìn)行干燥即獲得Sr（OH）₂•8H₂O；
（6）稱取2.80g該產(chǎn)品（含少量無(wú)機(jī)鹽雜質(zhì)）于坩堝中，加熱至恒重，稱得剩余固體質(zhì)量為1.18g，質(zhì)量的減輕為2.80g-1.18g=1.62g，根據(jù)Sr（OH）₂•8H₂O分解反應(yīng)計(jì)算樣品中Sr（OH）₂•8H₂O的質(zhì)量并計(jì)算純度．

解答 解：以天青石（主要成分為SrSO₄含有BaCO₃、SiO₂）為原料制備八水合氫氧化鍶[Sr（OH）₂•8H₂O]，由流程可知，天青石和碳隔絕空氣高溫焙燒生成CO、SrS，加NaOH溶解SiO₂，過(guò)濾后剩余固體中主要含有SrS，加鹽酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，還含有少量Ba²⁺雜質(zhì)，然后加硫酸生成硫酸鋇沉淀，所以過(guò)濾后濾渣為硫酸鋇，濾液中含SrSO₄、SrCl₂，再加入足量NaOH溶液，最后蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶得到Sr（OH）₂•8H₂O；
（1）天青石焙燒前為了增加反應(yīng)物的接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高原料的轉(zhuǎn)化率可以先研磨粉碎，故答案為：研磨粉碎；
（2）焙燒過(guò)程中發(fā)生的主反應(yīng)為SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑，另外還有2C+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2CO、2C+Si$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Si+2CO，均為氧化還原反應(yīng)；焙燒過(guò)程中碳為還原劑，氧化產(chǎn)物為CO，當(dāng)有5mol碳被氧化共轉(zhuǎn)移10mol電子，故答案為：2C+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2CO或2C+Si$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Si+2CO；10N_A；
（3）用鹽酸溶解后的浸取液里含有Ba²⁺，滴加稀硫酸，有BaSO₄沉淀生成，過(guò)濾后得到濾渣為BaSO₄，故答案為：BaSO₄；
（4）由于在Ba²⁺濃度為1×10^-5 mol/L，BaSO₄的溶度積常數(shù)為1.1×10^-10，所以c（SO₄^2-）=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5$\frac{3.3×1{0}^{-7}}{1.1×1{0}^{-5}}$mol/L，而SrSO₄的溶度積常數(shù)為3.3×10^-7，所以c（Sr²⁺）=mol/L=3.0×10^-2=0.03mol/L，
故答案為：0.03；
（5）將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后從溶液中將晶體過(guò)濾出來(lái)，洗滌除去表面的雜質(zhì)離子并進(jìn)行干燥即獲得Sr（OH）₂•8H₂O，
故答案為：洗滌、干燥；
（6）設(shè)固體中含有Sr（OH）₂•8H₂O質(zhì)量為mg，
Sr（OH）₂•8H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$SrO+9H₂O
  266                  162
  mg                   1.62g
m=2.66g，產(chǎn)品的純度為$\frac{2.66g}{2.80g}×100%$=95%，
故答案為：95%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)分離方法為解答的關(guān)鍵，涉及反應(yīng)速率、氧化還原反應(yīng)、滴定原理等，注意信息與所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)，題目難度較大．