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，其部分工艺流程如下：

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）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），增大碳酸根离子的浓度，使平衡正向移动从而除去BaSO₄杂质．
（2）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．
（3）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
（4）过滤3后的母液应循环到容器c中．（填“a”、“b”或“c”）
（5）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mg，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）当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化；
（2）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；
（3）X既要能消耗硝酸，又不产生新杂质，结合本厂实际，故可用BaCO₃；
（4）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；
（5）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）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根离子的浓度，当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化，使平衡正向移动从而除去BaSO₄杂质，
故答案为：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根离子的浓度，使平衡正向移动从而除去BaSO₄杂质；
（2）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；
（3）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，由以上分析可知过滤后废渣2为Fe（OH）₃，
故答案为：③；Fe（OH）₃；
（4）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；
（5）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，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．