Question

9．钡盐生产中排出大量的钡泥[主要含FeCO₃、BaSO₃等]，某主要生产BaCO₃的化工厂利用钡泥制取Ba（NO₃）₂•H₂O晶体，其部分工艺流程如下：
已知：①Fe（OH）₃和Fe（OH）₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.7和9.7．
②Ba（NO₃）₂•H₂O在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小．
（1）在酸溶时使用的质量分数21%HNO₃（密度是1.12g/cm³），则该硝酸的物质的量浓度为3.73mol/L．（保留三位有效数字）
（2）在酸溶时BaSO₃与硝酸发生氧化还原反应，请写出该反应的离子方程式为3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O．
（3）加入适量的X，调节pH=4～5的目的是使Fe³⁺完全沉淀为Fe（OH）₃．该厂结合本厂实际，选用的X为d（填字母代号）．
a．BaCl₂  b．Ba（OH）₂  c．Ba（NO₃）₂   d．BaCO₃
（4）将溶液C经过加热浓缩、冷却结晶、过滤后获得Ba（NO₃）₂•H₂O晶体，在实验室完成过滤操作，需要使用的硅酸盐仪器有烧杯、胶头滴管和漏斗、玻璃棒．
（5）获得Ba（NO₃）₂•H₂O晶体后的母液应循环到容器（填“a”、“b”或“c”）c中．
（6）某溶液中含有CO₃^2-、SO₄^2-等离子，取一定量的该溶液，向其中滴加BaCl₂溶液，当BaCO₃开始沉淀时，溶液中$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$=0.022（结果保留两位有效数字），已知K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（7）称取wgBa（NO₃）₂•H₂O晶体样品溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥、称得沉淀质量为mg，则该晶体的纯度为$\frac{279m}{233w}$×100%（相对分子质量：Ba（NO₃）₂•H₂O为279，BaSO₄为233）．

Answer 1

分析 钡泥[主要含FeCO₃、BaSO₃等]，加入过量稀硝酸，在a容器中充分溶解，过滤后可得滤渣1为硫酸钡，滤液A中含有铁离子、钡离子等，且溶液呈酸性，调节溶液pH=4～5时，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B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$c=\frac{1000ρω}{M}$可计算出硝酸的浓度；
（2）BaSO₃与硝酸发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡沉淀，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
（3）调节溶液pH=4～5时，使铁离子水解生成Fe（OH）₃沉淀，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；
（4）根据过滤的操作所用到的仪器判断；
（5）根据母液中的成分判断；
（6）根据$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$计算；
（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：钡泥[主要含FeCO₃、BaSO₃等]，加入过量稀硝酸，在a容器中充分溶解，过滤后可得滤渣1为硫酸钡，滤液A中含有铁离子、钡离子等，且溶液呈酸性，调节溶液pH=4～5时，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B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$c=\frac{1000ρω}{M}$可知硝酸的浓度为c=$\frac{1000×1.12×21%}{63}$mol/L=3.73 mol/L，
故答案为：3.73 mol/L；
（2）BaSO₃与硝酸发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡沉淀，反应的离子方程式为3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，
故答案为：3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O；
（3）调节溶液pH=4～5时，使铁离子水解生成Fe（OH）₃沉淀，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d，
故答案为：使Fe³⁺完全沉淀为Fe（OH）₃；d；
（4）过滤操作，需要使用的硅酸盐仪器有烧杯、胶头滴管和 漏斗、玻璃棒，
故答案为：漏斗、玻璃棒；
（5）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；
（6）根据$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$可知，$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{5.1×10{\;}^{-9}}$=0.022，
故答案为：0.022；
（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•H₂O+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃
    279               233
     x                 mg
则 $\frac{279}{x}$=$\frac{233}{mg}$，解得x=$\frac{279m}{233}$，所以该Ba（NO₃）₂•H₂O的纯度为$\frac{\frac{279m}{233}}{w}$×100%=$\frac{279m}{233w}$×100%，
故答案为：$\frac{279m}{233w}$×100%．

点评 本题以钡泥制取Ba（NO₃）₂•H₂O晶体为载体，综合考查学生对新信息的处理能力、分析能力和实验能力，题目难度中等，注意把握实验原理和方法．