Question

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：① Fe(OH)₃和Fe(OH)₂完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2和9.7
② Ba(NO₃)₂在熱水中溶解度較大，在冷水中溶解度較小
③ K_SP(BaSO₄)=1.1×10^－10，K_SP (BaCO₃)=5.1×10^－9
（1）該廠生產的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不純，提純的方法是：將產品加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，充分攪拌，過濾，洗滌。用離子方程式說明提純原理：                                  。
（2）上述流程酸溶時，Ba(FeO₂)₂與HNO₃反應生成兩種硝酸鹽，化學方程式為：
                                                                    。
（3）該廠結合本廠實際，選用的X為       ；

A．BaCl2

B．BaCO3

C．Ba(NO3)2

D．Ba(OH)2

（4）廢渣2為                    。
（5）操作III為                                 。
（6）過濾3后的母液應循環到容器         中。（填“a”、“b”或“c”）
（7）稱取w克晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀質量為m克，則該Ba(NO₃)₂的純度為             （相對分子質量：Ba(NO₃)₂為261，BaSO₄為233）。

Answer 1

（16分）
（1）BaSO₄（s）+CO₃^2－（aq） BaCO₃(s)+SO₄^2－（aq）（3分）（不寫(s)、(aq)不扣分）
（2）Ba(FeO₂)₂+8HNO₃ = Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O （2分）
（3）B                          （2分）
（4）Fe(OH)₃                    （2分）
（5）蒸發濃縮、冷卻結晶         （2分）
（6）c                          （2分）
（7）              （3分）

解析試題分析：（1）根據已知信息可知，5.1×10^－9約為1.1×10^－10的46倍，雖然K_sp(BaCO₃)> K_sp(BaSO₄)，因此BaSO₄可以轉化為BaCO₃，前提是增大碳酸根離子的濃度，使碳酸根離子與鋇離子結合生成碳酸鋇沉淀，導致BaSO₄ (s)Ba²⁺+SO₄^2－的平衡向右移動，總反應為BaSO₄(s)+CO₃^2－BaCO₃(s)+SO₄^2－；（2）依題意推斷，酸溶時Ba(FeO₂)₂與HNO₃反應生成的兩種硝酸鹽分別是硝酸鋇、硝酸鐵，不涉及氧化還原反應，利用觀察法可以配平該復分解反應方程式，即Ba(FeO₂)₂+8HNO₃=Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O；（3）氯化鋇不能與氫離子反應，不能調節pH，且引入氯離子，故A選項錯誤；碳酸鋇與氫離子能反應，生成鋇離子、二氧化碳氣體和水，既能調節溶液pH在4～5之間，又不引入新的雜質，且該廠實際上生產碳酸鋇，故B選項正確；硝酸鋇不能與氫離子反應，故C選項錯誤；氫氧化鋇與氫離子能反應，可以調節溶液pH，但是氫氧化鋇是強堿，成本高，且容易導致溶液pH升高過快，超出中和I要求的pH范圍，故D選項錯誤；（4）根據已知信息推導，硝酸是氧化性酸，鋇泥酸浸之后溶液中無亞鐵離子，加入碳酸鋇溶液pH在4～5之間，既能減小氫離子溶液，又能促進鐵離子完全水解，導致鐵離子完全變為氫氧化鐵沉淀，則濾渣2的主要成分是氫氧化鐵沉淀；（5）操作III的目的是制備硝酸鋇晶體，因此操作名稱為蒸發濃縮、冷卻結晶；（6）過濾3所得母液是硝酸鋇的飽和溶液，因為硝酸鋇的過飽和溶液析出硝酸鋇晶體后，變為硝酸鋇的飽和溶液，因此母液中含有的硝酸鋇飽和溶液可以循環利用，應使其進行容器c中；（7）由于硝酸是強酸、強氧化性酸，則BaCO₃+2HNO₃=Ba(NO₃)₂+CO₂↑+H₂O、3BaSO₃+2HNO₃=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，Ba(OH)₂+2HNO₃= Ba(NO₃)₂+2H₂O，則最后的廢渣中除原有的難溶性雜質外，還含有BaSO₄、Fe(OH)₃；（5）由于硫酸鋇的式量為233，n=m/M，則硫酸鋇的物質的量為m/233 mol；由于反應Ba(NO₃)₂+H₂SO₄= BaSO₄↓+2HNO₃中Ba(NO₃)₂與BaSO₄的系數之比等于物質的量之比，則晶體中Ba(NO₃)₂的物質的量為m/233 mol；由于硝酸鋇的式量為261，m=n?M，則晶體中硝酸鋇的質量為261 m/233g；由于晶體的質量為wg，則晶體中硝酸鋇的純度計算表達式為261m/233w×100%。
考點：考查物質制備化學工藝流程，涉及沉淀的轉化原理、復分解反應方程式、除雜試劑的選擇、除雜的原理、濾渣的主要成分、硝酸鋇晶體的制備方法、母液的成分及循環利用的物質、物質的量在化學方程式中的應用、質量、摩爾質量、純度等。