Question

10．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：

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

已知：K_sp（BaC₂O₄）=1.6×10^-7，K_sp（CaC₂O₄）=2.3×10^-9
（1）实验室用37%的盐酸配制1mol/L盐酸，下列仪器中，不需要使用的是d
a．容量瓶     b．量筒      c．烧杯     d．滴定管
为了加快毒重石的酸浸速率，可以采取的措施有研磨成粉、加热、搅拌等（至少两条）．
（2）加入氨水调节溶液pH=8的目的是使Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀而除去．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过量会导致形成BaC₂O₄沉淀，产品产量减少．
（3）操作Ⅳ的步骤是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（4）利用间接酸碱滴定法可测定Ba²⁺的含量，实验分两步进行．
已知：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；Ba²⁺+CrO₄^2-=BaCrO₄↓
步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na₂CrO₄溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b mol•L^-1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为V₀mL．
步骤Ⅱ：移取y mL BaCl₂溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na₂CrO₄溶液，待Ba²⁺完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol•L^-1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V₁mL．通过计算，氯化钡溶液浓度为$\frac{（V{\;}_{0}-{V}_{1}）b}{y}$ mol•L^-1（用含字母的式子表示）．

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，过滤，得到BaCl₂•2H₂O，
（1）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；为了加快毒重石的酸浸速率，可以研磨成粉、加热、搅拌，增大反应速率；
（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）操作Ⅳ是从氯化钡溶液中获得氯化钡晶体，可以通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到；
（4）利用简洁酸碱滴定法可测定Ba²⁺的含量，实验分两步进行，根据Ba²⁺+CrO₄^2-═BaCrO₄↓、2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂0，与Ba²⁺反应的CrO₄^2-的物质的量为总盐酸的物质的量减去过量的盐酸，据此计算出BaCl₂溶液的浓度．

解答 解：（1）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，所以要用量筒，且需使用烧杯作为容器稀释，玻璃棒搅拌，不用的是滴定管，故选d，为了加快毒重石的酸浸速率，可以研磨成粉、加热、搅拌等，增大反应速率，
故答案为：d；研磨成粉、加热、搅拌等；
（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：使Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀而除去；Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；H₂C₂O₄过量会导致形成BaC₂O₄沉淀，产品产量减少；
（3）操作Ⅳ是从氯化钡溶液中获得氯化钡晶体，可以通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）步骤Ⅱ：待Ba²⁺完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol•L^-1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V₁mL，则发生2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂0 的盐酸的物质的量为：V₁×10^-3×bmol，步骤Ⅰ：用b mol•L^-1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为V₀mL，加入的总盐酸的物质的量：V₀×10^-3×bmol，Ba²⁺+CrO₄^2-═BaCrO₄↓，与Ba²⁺反应的CrO₄^2-的物质的量为V₀×10^-3×bmol-V₁×10^-3×bmol=（V₀-V₁）b×10^-3mol，步骤Ⅱ：移取y mLBaCl₂溶液于锥形瓶中，所以BaCl₂溶液的浓度为：$\frac{（V{\;}_{0}-V{\;}_{1}）b×10{\;}^{-3}}{y×10{\;}^{-3}}$mol/L=$\frac{（V{\;}_{0}-{V}_{1}）b}{y}$mol/L，若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，V₁减小，则Ba²⁺浓度测量值将偏大，
故答案为：$\frac{（V{\;}_{0}-{V}_{1}）b}{y}$．

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．