Question

12．八水氢氧化锶[Sr（OH）₂•8H₂O]常用于改进干性油和油漆的干燥性．工业上常用天青石为原料制备八水氢氧化锶，其生产流程如下：

已知：①Sr（OH）₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$SrO+H₂O；
②天青石主要成分为SrSO₄，主要杂质有BaCO₃、SiO₂等；
③SrSO₄、BaSO₄的溶度积常数分别为3.3×10^-7、1.1×10^-10．
（1）为了提高焙烧效率及原料转化率，可在焙烧前将天青石先作研磨粉碎处理．
（2）焙烧过程中发生的主反应为SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑，该反应中还原剂是碳，当有5mol碳发生反应时，转移的电子数为10N_A（设N_A为阿伏加德罗常数的值）．
（3）过滤1后滤渣的成分是BaSO₄．
（4）加适量硫酸除尽Ba²⁺时，为了阻止Sr²⁺转化成SrSO₄•Sr²⁺的浓度应不高于0.03mol•L^-1．（注：溶液中离子浓度低于1×10^-5mol•L^-1时认为该离子已除尽）
（5）为了得到较纯的Sr（OH）₂•8H₂O，过滤2后还需进行的两步操作是洗涤、干燥．
（6）产品纯度检测：称取2.80g该产品（含少量无机盐杂质）于坩埚中，加热至恒重，称得剩余固体质量为1.18g，则该产品中Sr（OH）₂•8H₂O的质量分数为95%．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分为SrSO₄含有BaCO₃、SiO₂）为原料制备八水合氢氧化锶[Sr（OH）₂•8H₂O]，由流程可知，天青石和碳隔绝空气高温焙烧生成CO、SrS，加NaOH溶解SiO₂，过滤后剩余固体中主要含有SrS，加盐酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，还含有少量Ba²⁺杂质，然后加硫酸生成硫酸钡沉淀，所以过滤后滤渣为硫酸钡，滤液中含SrSO₄、SrCl₂，再加入足量NaOH溶液，最后蒸发、冷却结晶得到Sr（OH）₂•8H₂O；
（1）研磨粉碎可以增加反应物的接触面积，提高反应速率，提高原料的转化率；
（2）焙烧过程中发生的主反应为SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑，根据元素的化合价的变化判断还原剂，氧化产物为CO，每个碳由0价升高为+2价，据此计算电子转移数目；
（3）用HCl溶解SrS后的溶液中含有杂质钡离子，加入硫酸的后生成硫酸钡沉淀从而除去溶液中Ba²⁺杂质；
（4）根据钡离子浓度、硫酸钡的溶度积计算出钡离子完全除去时硫酸根离子的浓度，然后根据硫酸锶的溶度积计算出需要锶离子的最小浓度；
（5）过滤1后的滤液中含有氯化锶，加入过量氢氧化钠溶液后，生成了氢氧化锶，再蒸发浓缩、冷却结晶，然后从溶液中将晶体过滤出来，洗涤除去表面的杂质离子并进行干燥即获得Sr（OH）₂•8H₂O；
（6）称取2.80g该产品（含少量无机盐杂质）于坩埚中，加热至恒重，称得剩余固体质量为1.18g，质量的减轻为2.80g-1.18g=1.62g，根据Sr（OH）₂•8H₂O分解反应计算样品中Sr（OH）₂•8H₂O的质量并计算纯度．

解答 解：以天青石（主要成分为SrSO₄含有BaCO₃、SiO₂）为原料制备八水合氢氧化锶[Sr（OH）₂•8H₂O]，由流程可知，天青石和碳隔绝空气高温焙烧生成CO、SrS，加NaOH溶解SiO₂，过滤后剩余固体中主要含有SrS，加盐酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，还含有少量Ba²⁺杂质，然后加硫酸生成硫酸钡沉淀，所以过滤后滤渣为硫酸钡，滤液中含SrSO₄、SrCl₂，再加入足量NaOH溶液，最后蒸发、冷却结晶得到Sr（OH）₂•8H₂O；
（1）天青石焙烧前为了增加反应物的接触面积，提高化学反应速率，从而提高原料的转化率可以先研磨粉碎，故答案为：研磨粉碎；
（2）焙烧过程中发生的主反应为SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑，焙烧过程中由0价升高为+2价，所以碳为还原剂，氧化产物为CO，当有5mol碳被氧化共转移10mol电子，故答案为：碳；10N_A；
（3）用盐酸溶解后的浸取液里含有Ba²⁺，滴加稀硫酸，有BaSO₄沉淀生成，过滤后得到滤渣为BaSO₄，故答案为：BaSO₄；
（4）由于在Ba²⁺浓度为1×10^-5 mol/L，BaSO₄的溶度积常数为1.1×10^-10，所以c（SO₄^2-）=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{1×10{\;}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5mol/L，而SrSO₄的溶度积常数为3.3×10^-7，所以c（Sr²⁺）=$\frac{3.3×10{\;}^{-7}}{1.1×10{\;}^{-5}}$mol/L=3.0×10^-2=0.03mol/L，
故答案为：0.03；
（5）将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后从溶液中将晶体过滤出来，洗涤除去表面的杂质离子并进行干燥即获得Sr（OH）₂•8H₂O，
故答案为：洗涤、干燥；
（6）设固体中含有Sr（OH）₂•8H₂O质量为mg，
Sr（OH）₂•8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SrO+9H₂O
  266                  162
  mg                   1.62g
m=2.66g，产品的纯度为$\frac{2.66g}{2.80g}$×100%=95%，
故答案为：95%．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程中发生的化学反应及物质分离方法为解答的关键，涉及反应速率、氧化还原反应、滴定原理等，注意信息与所学知识的综合应用，综合性较强，题目难度较大．