Question

Ba(NO₃)₂可用于生产绿色烟花、绿色信号弹、炸药等。某生产BaCO₃、BaSO₄的化工厂生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba(FeO₂)₂等]，该厂利用钡泥制取Ba(NO₃)₂晶体（不含结晶水），其部分工艺流程如下：

已知： ①Fe³⁺和Fe²⁺以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的pH分别为3.2和9.7；
②K_sp(BaSO₄)=1.1×10^－10，K_sp(BaCO₃)=5.1×10^－9。  
（1）该厂生产的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不纯，提纯的方法是：将产品加入足量的饱和Na₂CO₃溶液中，充分搅拌，过滤，洗涤。用离子方程式说明提纯原理：         。
（2）酸溶时，Ba(FeO₂)₂与HNO₃反应生成两种硝酸盐，化学方程式为             。
（3）该厂结合本厂实际，选用的X为     （填序号），中和I使溶液中的      （填离子符号）的浓度减小。

A．BaCl2

B．Ba(OH)2

C．Ba(NO3)2

D．BaCO3

（4）最后的废渣中除原有的难溶性杂质外还含有               （填化学式）。
（5）测定所得Ba(NO₃)₂晶体的纯度：准确称取m₁g晶体溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量其质量为m₂g，则该晶体纯度的计算表达式为        。（已知Ba(NO₃)₂、BaSO₄的式量分别为261、233）

Answer 1

（16分）
（1）BaSO₄(s)+CO₃^2－BaCO₃(s)+SO₄^2－（3分）
（2）Ba(FeO₂)₂+8HNO₃=Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O（3分）
（3）D（2分）     Fe³⁺、H⁺（2分）
（4）BaSO₄、Fe(OH)₃（3分）
（5）×100%（3分）

试题分析：（1）根据已知信息可知，5.1×10^－9约为1.1×10^－10的46倍，虽然K_sp(BaCO₃)> K_sp(BaSO₄)，因此BaSO₄可以转化为BaCO₃，前提是增大碳酸根离子的浓度，使碳酸根离子与钡离子结合生成碳酸钡沉淀，导致BaSO₄ (s)Ba²⁺+SO₄^2－的平衡向右移动，总反应为BaSO₄(s)+CO₃^2－BaCO₃(s)+SO₄^2－；
（2）依题意推断，酸溶时Ba(FeO₂)₂与HNO₃反应生成的两种硝酸盐分别是硝酸钡、硝酸铁，不涉及氧化还原反应，利用观察法可以配平该复分解反应方程式，即Ba(FeO₂)₂+8HNO₃=Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O；
（3）氯化钡不能与氢离子反应，不能调节pH，且引入氯离子，故A选项错误；氢氧化钡与氢离子能反应，可以调节溶液pH，但是氢氧化钡是强碱，成本高，且容易导致溶液pH升高过快，超出中和I要求的pH范围，故B选项错误；硝酸钡不能与氢离子反应，故C选项错误；碳酸钡与氢离子能反应，生成钡离子、二氧化碳气体和水，既能调节溶液pH在4～5之间，又不引入新的杂质，故D选项正确；根据已知信息推导，硝酸是氧化性酸，钡泥酸浸之后溶液中无亚铁离子，加入碳酸钡溶液pH在4～5之间，既能减小氢离子溶液，又能促进铁离子完全水解，导致铁离子完全变为氢氧化铁沉淀，则中和I使溶液中的氢离子和铁离子的浓度减小；
（4）由于硝酸是强酸、强氧化性酸，则BaCO₃+2HNO₃=Ba(NO₃)₂+CO₂↑+H₂O、3BaSO₃+2HNO₃=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，Ba(OH)₂+2HNO₃= Ba(NO₃)₂+2H₂O，则最后的废渣中除原有的难溶性杂质外，还含有BaSO₄、Fe(OH)₃；（5）由于硫酸钡的式量为233，n=m/M，则硫酸钡的物质的量为m₂/233 mol；由于反应Ba(NO₃)₂+H₂SO₄= BaSO₄↓+2HNO₃中Ba(NO₃)₂与BaSO₄的系数之比等于物质的量之比，则晶体中Ba(NO₃)₂的物质的量为m₂/233 mol；由于硝酸钡的式量为261，m=n?M，则晶体中硝酸钡的质量为261 m₂/233g；由于晶体的质量为m₁g，则晶体中硝酸钡的纯度计算表达式为261m₂/233m₁×100%。