Question

15．钡盐生产中排出大量的钡泥[主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等]，某主要生产BaCO₃的化工厂利用钡泥制取Ba（NO₃）₂晶体及其他副产物，其部分工艺流程如图：

已知：i Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7．
ii Ba（NO₃）₂在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小．
iii K_SP（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_SP（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）Ba（FeO₂）₂中Fe的化合价是+3．
（2）二氧化碳与水作用形成的碳酸在水中的电离常数K_a1=4.2×10^-7，K_a2=5.6×10^-11；次氯酸在水中的电离常数K_a=4.7×10^-8．写出向“84消毒液”（主要成分为氯化钠和次氯酸钠）中通入二氧化碳发生反应的离子方程式ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-．
（3）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．用离子方程式和必要的文字说明提纯原理：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．
（4）上述流程酸溶时，Ba（FeO₂）₂与HNO₃反应生成两种硝酸盐，化学方程式为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O．
（5）该厂结合本厂实际，选用的X为③（从下列选项中选择）；废渣2为Fe（OH）₃（写出化学式）．
①BaCl₂   ②Ba（NO₃）₂   ③BaCO₃   ④Ba（OH）₂
（6）过滤3后的母液应循环到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（7）称取w g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，称量沉淀质量为m g，则该Ba（NO₃）₂的纯度为$\frac{261m}{233w}$×100%．

Answer 1

分析 钡泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在a容器中充分溶解，可生成硫酸钡，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2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，
（1）根据化合价代数和为0判断Ba（FeO₂）₂中Fe的化合价；
（2）根据电离常数判断酸性强弱，根据强酸制弱酸的原理书写反应的离子方程式；
（3）当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化；
（4）Ba（FeO₂）₂与HNO₃反应生成Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，以此确定反应的化学方程式；
（5）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；根据上面的分析可知，废渣2为Fe（OH）₃；
（6）通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到硝酸钡晶体，剩余的滤液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，可循环使用；
（7）根据沉淀硫酸钡的质量，结合方程式计算求出硝酸钡的质量，再求样品的纯度．

解答 解：（1）根据化合价代数和为0可知，Ba（FeO₂）₂中Fe的化合价为+3价，
故答案为：+3；
（2）根据电离常数可知，酸性强弱为H₂CO₃＞HCl₂CO＞HCO₃^-，所以次氯酸钠中通入二氧化碳发生反应的离子方程式为ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-，
故答案为：ClO^-+CO₂+H₂O=HClO+HCO₃^-；
（3）将BaCO₃加入足量的饱和Na₂CO₃溶液中，存在BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），钡离子与碳酸根离子结合生成碳酸钡沉淀，使硫酸钡的沉淀溶解平衡正移，从而转化为碳酸钡，其反应的离子方程式为：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案为：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
（4）Ba（FeO₂）₂与中钡元素为+2价，铁元素为+3价，所以反应产物为Ba（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，所以其反应方程式为：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；
（5）X既要能中和硝酸，又不产生新杂质，结合工厂实际，应该用BaCO₃来调节pH，故选③，已知Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7，流程中调节PH为4～5，所以三价铁离子会完全转化为沉淀Fe（OH）₃，
故答案为：③；Fe（OH）₃；
（6）通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到硝酸钡晶体，剩余的滤液中仍含有少量的Ba（NO₃）₂，所以含有Ba（NO₃）₂的母液应该，循环到容器c中，
故答案为：c；
（7）称取w克晶体溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量为m克，其发生的反应为：Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃，
设参加反应的Ba（NO₃）₂为xg，
   Ba（NO₃）₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃
    261               233
     x                 mg
则 $\frac{261}{x}$=$\frac{233}{mg}$，解得x=$\frac{261m}{233}$，所以该Ba（NO₃）₂的纯度为$\frac{\frac{261m}{233}}{w}$×100%=$\frac{261m}{233w}$×100%，
故答案为：$\frac{261m}{233w}$×100%．

点评 本题考查学生在“工艺流程阅读、相关反应化学方程式书写、化学反应条件控制的原理、生产流程的作用”等方面对元素化合物性质及其转化关系的理解和应用程度，考查学生对新信息的处理能力，题目难度中等．