Question

7．碳酸锶（ SrCO₃）可、作磁、材料、电子元件和焰火材料等．以天青石（主要成分为SrSO₄，含有少量BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料制备SrCO₃的工艺流程如图1：

已知：

	SrSO4	BaSO4	SrCO3
Ksp	3.2×10-7	1.1×10-10	1.6×10-10

回答下列问题：
（I）写出一条能加快“浸取转化”反应速率的措施：升高温度增大纯碱浓度；滤液1的主要成分为Na₂SO₄（填化学式）．
（2）加入HC1、HNO₃混酸溶解后，所得溶液中阳离子共有5种；滤渣1的主要成分为SiO₂（填化学式）．
（3）“除钡”过程中硫酸过多会导致锶元素的损失．若除钡后所得溶液（M）中c（Ba²⁺）=1.0×10^-5mol•L^-1，要使锶元素不损失，则M中c（Sr²⁺）应不超过0.029mol•L^-1（计算结果保留2位有效数字）．
（4）“沉锶”生成SrCO₃的离子方程式为Sr²⁺+2HCO₃^-=SrCO₃+H₂O+CO₂↑．“沉锶”过程中锶的转化率随温度变化如图2所示，60℃之前，锶的转化率随温度升高而变大的主要原因是升温有利于二氧化碳逸出有利于SrCO₃生成．
（5）以SrCO₃粉作原料经高温焙烧分解成SrO，再将SrO与铝粉充分混合并压制，真空环境下通过热还原反应可制得金属Sr，同时获得3SrO•Al₂O₃渣团．请写出热还原反应的化学方程式6SrO+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Sr+3SrO•Al₂O₃．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分为SrSO₄，含有少量BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料制备SrCO₃的工艺流程，加入纯碱溶液浸取转化，过滤得到滤液Ⅰ硫酸钠，滤渣加入HCl和HNO₃的混合溶液溶解，过滤得到滤渣1为二氧化硅，滤液中为Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，加入适量硫酸除钡过滤，滤液中加入氨水调节溶液PH除去铁和铝，然后加入碳酸氢铵沉淀锶离子生成碳酸锶沉淀，
（1）加快“浸取转化”反应速率，利用影响化学反应速率的因素分析判断，可以升温、增大浓度等措施；滤液1主要是生成的硫酸钠；
（2）加入HC1、HNO₃混酸，BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃等溶解后，滤液中为Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，二氧化硅是酸性氧化物不与混酸反应；
（3）结合硫酸钡和硫酸锶溶度积常数计算；
（4）加入碳酸氢铵和锶离子生成碳酸锶沉淀、水和二氧化碳；60℃之前，锶的转化率随温度升高而变大是升温有利于平衡正向进行；
（5）将SrO与铝粉充分混合并压制，真空环境下通过热还原反应可制得金属Sr，同时获得3SrO•Al₂O₃渣团，结合原子守恒配平书写化学方程式；

解答 解：以天青石（主要成分为SrSO₄，含有少量BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料制备SrCO₃的工艺流程，加入纯碱溶液浸取转化，过滤得到滤液Ⅰ硫酸钠，滤渣加入HCl和HNO₃的混合溶液溶解，过滤得到滤渣1为二氧化硅，滤液中为Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，加入适量硫酸除钡过滤，滤液中加入氨水调节溶液PH除去铁和铝，然后加入碳酸氢铵沉淀锶离子生成碳酸锶沉淀，
（1）能加快“浸取转化”反应速率的措施是：升高温度增大纯碱浓度，分析可知滤液1主要是生成的硫酸钠，
故答案为：升高温度增大纯碱浓度；Na₂SO₄；
（2）加入HC1、HNO₃混酸，BaCO₃．FeO．Fe₂O₃、Al₂O₃等溶解后，滤液中为Ba²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Sr²⁺，加入HC1、HNO₃混酸溶解后，所得溶液中阳离子共有5种，二氧化硅是酸性氧化物不与混酸反应，滤渣1的主要成分为SiO₂，
故答案为：5；SiO₂；
（3）“除钡”过程中硫酸过多会导致锶元素的损失．若除钡后所得溶液（M）中c（Ba²⁺）=1.0×10^-5mol•L^-1，
c（SO₄^2-）$\frac{Ksp}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.1×10^-5mol/L，
M中c（Sr²⁺）=$\frac{Ksp}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{3.2×1{0}^{-7}}{1.1×1{0}^{-5}}$=0.029mol/L，
要使锶元素不损失，则M中c（Sr²⁺）应不超过0.029mol/L，
故答案为：0.029mol/L；
（4）加入碳酸氢铵和锶离子生成碳酸锶沉淀、水和二氧化碳，反应的离子方程式为：Sr²⁺+2HCO₃^-=SrCO₃+H₂O+CO₂↑，60℃之前，锶的转化率随温度升高而变大是升温有利于平衡正向进行，60℃之前，锶的转化率随温度升高而变大的主要原因是：升温有利于二氧化碳逸出有利于SrCO₃生成，
故答案为：Sr²⁺+2HCO₃^-=SrCO₃+H₂O+CO₂↑；升温有利于二氧化碳逸出有利于SrCO₃生成；
（5）将SrO与铝粉充分混合并压制，真空环境下通过热还原反应可制得金属Sr，同时获得3SrO•Al₂O₃渣团，结合原子守恒配平书写化学方程式为：6SrO+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Sr+3SrO•Al₂O₃，
故答案为；6SrO+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Sr+3SrO•Al₂O₃．

点评 本题考查了物质分离提纯、离子性质、离子除杂、溶度积常数计算、化学平衡影响因素分析等，注意分析题干信息和流程，掌握基础是解题关键，题目难度中等．