Question

3．毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl₂•2H₂O的流程如图1：
（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大接触面积从而使反应速率加快．实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的ac．
a．烧杯    b．容量瓶    c．玻璃棒      d．滴定管
（2）

	Ca2+	Mg2+	Fe3+
开始沉淀时的pH	11.9	9.1	1.9
完全沉淀时的pH	13.9	11.1	3.2

加入NH₃•H₂O调节pH=8可除去Fe³⁺（填离子符号），滤渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂（填化学式）．加入H₂C₂O₄时应避免过量，原因是H₂C₂O₄过量会导致生成BaC₂O₄沉淀，产品的产量减少．
已知：Ksp（BaC₂O₄）=1.6×10^-7，Ksp（CaC₂O₄）=2.3×10^-9
（3）实验室需要0.1mol•L^-1NaOH溶液450mL和0.5mol•L^-1硫酸溶液500mL．根据这两种溶液的配制情况回答下列问题：
①如图2所示的仪器中配制溶液肯定不需要的是A、C（填序号），配制上述溶液还需用到的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒（填仪器名称）．
②下列操作中，容量瓶所不具备的功能有BCE（填序号）．
A．配制一定体积准确浓度的标准溶液
B．贮存溶液
C．测量容量瓶规格以下的任意体积的液体
D．准确稀释某一浓度的溶液
E．用来加热溶解固体溶质
③根据计算用托盘天平称取NaOH的质量为2.0g．在实验中其他操作均正确，若定容时仰视刻度线，则所得溶液浓度小于0.1mol•L^-1（填“大于”“等于”或“小于”）

Answer 1

分析 制备BaCl₂•2H₂O的流程：毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等杂质），加盐酸溶解，碳酸钡和盐酸反应：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，加入氨水，调pH为8，Fe³⁺完全沉淀时的pH为3.2，只有Fe³⁺完全沉淀，滤渣1为Fe（OH）₃，溶液中主要含Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺，加入氢氧化钠调节PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀时的pH为13.9，Mg²⁺完全沉淀时的pH为11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，滤渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；溶液中主要含Ca²⁺、Ba²⁺，加入H₂C₂O₄，得到CaC₂O₄↓，除去Ca²⁺，蒸发浓缩冷却结晶得到BaCl₂•2H₂O，
（1）研磨将块状固体变成粉末状，可以增大反应物的接触面积，增大反应速率；溶液中质量分数=$\frac{m（溶质）}{m（溶液）}$×100%，实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸，需量取浓盐酸的体积和水的体积，且需使用烧杯作为容器稀释，玻璃棒搅拌；
（2）根据流程图和表中数据分析加入NH₃•H₂O调节pH=8可除去Fe³⁺，加入NaOH调pH=12.5，可完全除去Mg²⁺，除去部分Ca²⁺，滤渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；加入过量H₂C₂O₄，易发生Ba²⁺+H₂C₂O₄═BaC₂O₄↓+2H⁺，产品的产量减少；
（3）①根据各仪器的作用选取仪器；
②容量瓶不能稀释浓溶液、不能用于溶解固体、储存溶液等；
③根据m=CVM计算氢氧化钠的质量，注意溶液的体积为500mL而不是450mL，根据C=$\frac{n}{V}$判断．

解答 解：制备BaCl₂•2H₂O的流程：毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等杂质），加盐酸溶解，碳酸钡和盐酸反应：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，加入氨水，调pH为8，Fe³⁺完全沉淀时的pH为3.2，只有Fe³⁺完全沉淀，滤渣1为Fe（OH）₃，溶液中主要含Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺，加入氢氧化钠调节PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀时的pH为13.9，Mg²⁺完全沉淀时的pH为11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，滤渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；溶液中主要含Ca²⁺、Ba²⁺，加入H₂C₂O₄，得到CaC₂O₄↓，除去Ca²⁺，蒸发浓缩冷却结晶得到BaCl₂•2H₂O，
（1）化学反应的速率与反应物的接触面积有关，毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，可以增大反应物的接触面积，增大反应速率，溶液中质量分数=$\frac{m（溶质）}{m（溶液）}$×100%，实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸，需计算出浓盐酸的体积和水的体积，需用量筒量取，浓盐酸稀释为稀盐酸，需用烧杯作为容器稀释选择a，玻璃棒搅拌加速溶解选择c，
故答案为：增大接触面积从而使反应速率加快；ac；
（2）根据流程图和表中数据可知：Fe³⁺完全沉淀时的pH为3.2，加入氨水，调pH为8，Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，Fe³⁺完全沉淀，滤渣1为Fe（OH）₃，加入氢氧化钠调节PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀时的pH为13.9，Mg²⁺完全沉淀时的pH为11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，滤渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂，溶液中主要含Ca²⁺、Ba²⁺，K_sp（BaC₂O₄）=1.6×10^-7，K_sp（CaC₂O₄）=2.3×10^-9，易形成CaC₂O₄沉淀，加入H₂C₂O₄时应避免过量，防止CaC₂O₄沉淀完全后，过量的H₂C₂O₄会导致生成BaC₂O₄沉淀，产品的产量减少，
故答案为：Fe³⁺；Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；H₂C₂O₄过量会导致生成BaC₂O₄沉淀，产品的产量减少；
（3）①用容量瓶配制溶液，用胶头滴管定容；还需要用到的仪器有：溶解或稀释药品的烧杯、搅拌或引流用的玻璃棒，
故答案为：A、C；烧杯、玻璃棒；
②容量瓶只能用来配制一定体积准确浓度的溶液，不能配制或测量容量瓶规格以下的任意体积的液体，不能稀释或溶解药品，不能用来加热溶解固体溶质，
故答案为：BCE；
③m=CVM=0.1mol/L×0.5L×40g/mol=2.0g，若定容时仰视刻度线，溶液的体积偏大，则所得溶液浓度小于0.1mol•L^-1，故答案为：2.0；小于．

点评 本题考查了实验室利用毒重石制备BaCl₂•2H₂O的设计方法，侧重考查影响反应速率的因素、实验基本操作、沉淀溶解平衡的应用等知识，实验步骤结合物质的性质分析是解答的关键，题目难度中等．