Question

19．钡盐行业生产中排出大量的钡泥（主要含有BaCO₃、BaSiO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等）．某主要生产BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的化工厂利用钡泥制取Ba（NO₃）₂，其部分工艺流程如下：

（1）酸溶后溶液中pH=1，Ba（FeO₂）₂与HNO₃的反应的离子方程式为Ba（FeO₂）₂+8HNO₃=Ba（NO₃）₂+2Fe（ NO₃）₃+4H₂O；
（2）向上述酸溶后的溶液中加入X，控制pH在4～5范围．用离子方程式表示加X调节pH的过程BaCO₃+2H⁺═Ba²⁺+H₂O+CO₂↑；
（3）酸溶过程钡泥中有一种成分没有溶解，这种成分是BaSO₃；
（4）对于Ba²⁺+2NO₃^-+3SO₂+2H₂O═BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺+2SO₄^2-反应，在酸性条件下NO₃^-氧化性比SO₄^2-氧化性强（填“强”或“弱”）；
（5）配平下列反应方程式：2NH₄⁺+3O₂+4OH^-═2NO₂^-+6H₂O；
（6）酸溶时BaSO₃会和硝酸发生氧化还原反应，1mol BaSO₃被氧化时被还原HNO₃的物质的量是0.67（若不能整除则保留两位小数）；
（7）一定条件下，向废水中加入CH₃OH，将HNO₃还原成N₂，若该反应消耗32g CH₃OH转移6mol电子，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是5：6；
（8）若用9.6g铜和50mL一定物质的量浓度的硝酸反应，铜溶解后放出2240mL标准状况下的NO₂、NO气体，将溶液稀释为500mL，测得溶液的pH=1，则原硝酸的物质的量浓度为9mol/L．

Answer 1

分析 钡泥主要含BaCO₃、BaSiO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硝酸钡，过滤后滤液中含有铁离子、钡离子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸钡，调节溶液pH=4～5，使铁离子水解生成Fe（OH）₃沉淀，过滤后废渣为Fe（OH）₃，滤液中含有硝酸、硝酸钡等，加入氢氧化钡中和得到硝酸钡溶液，经蒸发、浓缩、过滤可得到硝酸钡晶体，母液中含有硝酸钡，过滤得到的固体洗涤后除去废渣，滤液重新加入酸溶步骤充分利用．
（1）Ba（FeO₂）₂中Fe元素是+3价，钡元素为+2价，与HNO₃反应发生复分解反应；
（2）X既要能中和硝酸，又不产生新杂质，结合本厂实际，故可用BaCO₃；
（3）BaSO₃可被硝酸氧化生成硫酸钡；
（4）氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性；
（5）根据化合价升降相等配平；
（6）发生反应为3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，反应中S元素化合价由+4价升高到+6价，N元素化合价由+5价降低到+2价，根据氧化还原反应中氧化剂和还原剂得失电子数目相等，表现为化合价升降总数相等计算；
（7）32gCH₃0H转移6mol电子，即1mol还原剂参加反应转移6mol电子，根据消耗甲醇的量和转移电子的量来书写方程式，并确定氧化剂和还原剂的量的多少；
（8）反应后剩余硝酸的物质的量为0.05mol，根据氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（HNO₃）_剩余+n（CuNO₃）×2+n（NO₂+NO），再根据c=$\frac{n}{V}$计算．

解答 解：（1）Ba（FeO₂）₂中Fe元素是+3价，钡元素为+2价，故Ba（FeO₂）₂与硝酸不发生氧化还原反应，其反应方程式为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O，
故答案为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（2）入X调节溶液的pH=4～5，则X应能消耗H⁺，结合工厂主要生产BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的实际情况，可选用BaCO₃；离子方程式：BaCO₃+2H⁺═Ba²⁺+H₂O+CO₂↑，故答案为：BaCO₃+2H⁺═Ba²⁺+H₂O+CO₂↑；
（3）BaSO₃可被硝酸氧化生成硫酸钡，硫酸钡不溶于硝酸，故答案为：BaSO₃；
（4）氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，Ba²⁺+2NO₃^-+3SO₂+2H₂O═BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺+2SO₄^2-反应中硝酸根是氧化剂，硫酸根是氧化产物，故答案为：强；
（5）根据化合价升降相等，在该反应中，NH₄⁺→NO₂^-，N的化合价由-3→-+3，升高6价，O₂化合价降低4价，化合价变化的最小公倍数为12，则NH₄⁺的计量数为2，O₂计量数为3，然后根据电荷守恒配平：2NH₄⁺+3O₂+4OH^-═2NO₂^-+6H₂O，故答案为：2；3；4；2；6；
（6）1mol BaSO₃被氧化时，失去2mol电子，则硝酸得到2mo电子，反应中N元素化合价由+5价降低到+2价，设有x mol硝酸被钡还原，则有[5-（+2）]x=2，
x=0.67，故答案为：0.67；
（7）消耗32g（1mol）CH₃OH转移6mol电子，由CH₃OH中碳原子的化合价升高6，所以反应后碳的化合价为+4，产物为CO₂，根据质量守恒和化合价升降总数相等得：5CH₃OH+6HNO₃═5CO₂+3N₂+13H₂O，反应中氧化剂是硝酸，还原剂是甲醇，参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是5：6，
故答案为：5：6；
（8）反应后剩余硝酸的物质的量为0.5×0.1=0.05mol，根据氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（HNO₃）_剩余+n（CuNO₃）×2+n（NO₂+NO）=0.05mol+$\frac{9.6g}{64g/mol}$mol×2+$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.45mol，故原有硝酸的物质的量浓度为$\frac{0.45mol}{0.05L}$=9mol/L，故答案为：9mol/L．

点评 本题考查工艺流程和氧化还原反应的计算，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意从元素化合价的角度解答该题，难度中等．