Question

7．六水氯化锶（SrCl₂•6H₂O）是实验室重要的分析试剂，其工业生产流程如下图所示：

请按要求回答下列问题：
（1）锶（Sr）与Mg同主族，比Mg周期数大2，Sr的原子序数为38．
（2）天青石在燃烧前应进行的操作是粉碎．
反应①中仅有S元素被还原，且1molS转移8mole^-．写出该反应的化学方程式：SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑．
（3）反应②中盐酸不宜过稀的原因是盐酸过量会使反应②的速率过慢．反应③中硫酸的作用是除去溶液中Ba²⁺杂质．操作Ⅰ、Ⅱ分别是蒸发浓缩、冷却结晶．
（4）滤液I中Ba²⁺浓度为1×10^-5mol/L；为了提高原料的利用率，滤液Ⅰ中Sr²⁺的浓度应不高于0.03mol/L．【已知：K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（SrSO₄=3.3×10^-7】
（5）测产品纯度：称取2.000g样品溶解于适量水中，向其中加入10.00mL 1.200mol/LAgNO₃溶液，再稀硝酸酸化，待Cl^-完全沉淀后（设溶液中除Cl^-外，不含其它与Ag⁺反应的离子），用含Fe³⁺的溶液作指示剂，再用0.1000mol/L的NH₄SCN标准溶液滴定剩余的Ag⁺，以AgSCN白色沉淀的形式析出，消耗标准液20.00mL．
①滴定终点时的现象是：滴入最后一滴NH₄SCN溶液，溶液由无色突然变为血红色，且30 s不褪色．
②接近终点时，须轻轻摇动锥形瓶，而不得剧烈摇动，否则会使样品纯度测定值偏低，这说明K_sp（AgCl）＞K_sp（AgSCN）（填“＞”或“＜”）．
③所得产品样品的纯度为66.6%．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分为SrSO₄）为原料制备六水氯化锶（SrCl₂•6H₂O），由流程可知，天青石和碳隔绝空气高温焙烧生成CO、SrS，SrS加盐酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，还含有少量Ba²⁺杂质，然后加硫酸生成硫酸钡沉淀，所以过滤后滤渣为硫酸钡，过滤1后的滤液中含有氯化锶，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后从溶液中将晶体过滤出来，洗涤除去表面的杂质离子并进行干燥即获得SrCl₂•6H₂O．
（1）处于过渡元素之前的同主族相邻的3、4两周期元素原子序数差8，相邻的4、5两周期元素原子序数差18；
（2）天青石在燃烧前应进行研磨粉碎，目的是增加反应物的接触面积；SrSO₄中只有S被还原，1mol的S转移8mol的电子，反应后生成的-2价硫离子，据此写出该反应的化学方程式；
（3）盐酸过量会使反应②的速率过慢，用HCl溶解SrS后的溶液中含有杂质钡离子，加入硫酸的后生成硫酸钡沉淀从而除去溶液中Ba²⁺杂质；过滤1后的滤液中含有氯化锶，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后从溶液中将晶体过滤出来，洗涤除去表面的杂质离子并进行干燥即获得SrCl₂•6H₂O；
（4）由Ba²⁺浓度及硫酸钡溶度积计算溶液中SO₄^2-的浓度，再根据SrSO₄的溶度积计算滤液中Sr²⁺的最大浓度；
（5）①反应过程中用含Fe³⁺的溶液作指示剂，用NH₄SCN标准溶液滴定剩余的AgNO₃，滴入最后一滴后溶液变化为血红色证明反应达到终点；
②组成相似的难溶电解质，溶解度与溶度积成正比，则K_sp越大溶解度越大，此现象说明AgCl沉淀会转化为AgSCN沉淀；?
③根据关系式NH₄SCN～AgNO₃可知，计算过量的AgNO₃的物质的量，而AgNO₃总物质的量为0.012 mol，所以得到与SrCl₂反应的AgNO₃物质的量计算纯度．

解答 解：（1）锶（Sr）与Mg同主族，比Mg周期数大2，Sr在Mg的下两个周期，Mg的原子序数为12，则Sr的原子序数为12+8+18=38，
故答案为：38；
（2）天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是为了增加反应物的接触面积，提高化学反应速率，从而提高原料的转化率，在焙烧的过程中若只有S被还原，1mol的S转移8mol的电子，由于在反应前元素的化合价为+6价，所以反应后元素的化合价为-2价，因此碳与天青石在高温下发生反应的化学方程式为：SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑，
故答案为：粉碎；SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑；
（3）SrS加盐酸：SrS+2HCl=SrCl₂+H₂S↑，盐酸不宜过稀，否则盐酸过量会使反应速率过慢，在用HCl溶解SrS后的溶液中加入硫酸的目的是除去溶液中Ba²⁺杂质，过滤后滤渣为硫酸钡，过滤1后的滤液中含有氯化锶，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后从溶液中将晶体过滤出来，洗涤除去表面的杂质离子并进行干燥即获得SrCl₂•6H₂O，
故答案为：盐酸过量会使反应②的速率过慢；除去溶液中Ba²⁺杂质；蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）由于在Ba²⁺浓度为1×10^-5 mol/L，BaSO₄的溶度积常数为1.1×10^-10，所以c（SO₄^2-）=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5mol/L，而SrSO₄的溶度积常数为3.3×10^-7，所以c（Sr²⁺）=$\frac{3.3×1{0}^{-7}}{1.1×1{0}^{-5}}$mol/L=0.03mol/L，
故答案为：0.03mol/L；
（5）①Ag⁺ 完全以AgSCN白色沉淀的形式析出后，再滴加KSCN溶液，就会与Fe³⁺产生络合物是溶液变为红色，因此滴定达到终点时：滴入最后一滴NH₄SCN溶液，溶液由无色突然变为血红色，且30 s不褪色，
故答案为：滴入最后一滴NH₄SCN溶液，溶液由无色突然变为血红色，且30 s不褪色；
②到达终点后，则必须轻轻摇动锥形瓶，（此时不得剧烈摇动）以减少误差，AgCl沉淀会转化为AgSCN沉淀，组成相似的难溶电解质，溶解度与溶度积成正比，则K_sp越大溶解度越大，这说明K_sp（AgCl）＞K_sp（AgSCN），剧烈摇动，误差会使n（Cl^-）测定值偏低，
故答案为：＞；
③根据关系式NH₄SCN～AgNO₃可知，过量的AgNO₃的物质的量为0.1 mol/L×0.02 L=0.002mol，而AgNO₃总物质的量为0.012 mol，所以与SrCl₂反应的AgNO₃物质的量为0.01 mol，求出n?SrCl₂?=0.005 mol，原氯化锶样品的纯度=$\frac{0.005mol×（87.6+71+108）g/mol}{2g}$×100%≈66.6%，
故答案为：66.6%．

点评 本题考查六水氯化锶制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程中发生的化学反应及物质分离方法为解答的关键，涉及原子序数、反应速率、氧化还原反应、滴定原理等，注意信息与所学知识的综合应用，综合性较强，题目难度中等．