Question

12．氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器．以钡矿粉（主要成份为BaCO₃，含有SiO₂、Fe²⁺、Mg²⁺等杂质）制备氟化钡的流程如图：

已知：常温下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的pH分别是：3.4、12.4．
（1）滤渣A的化学式为SiO₂
（2）滤液1加H₂O₂氧化过程主要反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加20%NaOH溶液调节pH=12.5，得到滤渣C的主要成分是Mg（OH）₂．
（4）滤液3加入盐酸酸化后再经加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，真空干燥等一系列操作后得到BaCl₂•2H₂O晶体．
（5）常温下，用BaCl₂•2H₂O配制成0.2mol/L水溶液与等浓度的氟化铵溶液反应，可得到氟化钡沉淀．请写出该反应的离子方程式Ba²⁺+2F^?=BaF₂↓．己知K_sp（BaF₂）=1.84×10^-7，当钡离子完全沉淀时（即钡离子浓度≤10^-5L），至少需要的氟离子浓度是0.136 mol/L （结果保留三位有效数字）．（己知$\sqrt{1.84}$=1.36）
（6）己知：K_sp（BaCO₃=2.58×10^-9，Ksp （BaSO₄）=1.07×10^-10．将氯化钡溶液滴入等物质的量浓度的硫酸钠和碳酸钠混合液中，当BaCO开始沉淀时，溶液中$\frac{c（C{O}_{3}^{2-}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$=24.1．（结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 钡矿粉的主要成分BaCO₃（含有SiO₂、Fe²⁺、Mg²⁺等），加盐酸溶解，碳酸钡和盐酸反应：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，过滤除去不溶物SiO₂，滤液中加入H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入氢氧化钠溶液调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀过滤除去，溶液中主要含Mg²⁺、Ba²⁺，加20%NaOH溶液调节pH=12.5，沉淀镁离子，过滤，滤液中加入盐酸酸化，再通过加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到BaCl₂•2H₂O晶体，将晶体与NH₄F溶液反应制备氟化钡，据此分析解答．

解答 解：（1）钡矿粉的主要成分BaCO₃（含有SiO₂、Fe²⁺、Mg²⁺等），加盐酸溶解，SiO₂不溶于盐酸，过滤，故滤渣A为SiO₂；
故答案为：SiO₂；      
（2）加过氧化氢的目的是氧化亚铁离子为铁离子，便于除去，反应为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）滤液2的金属离子为Mg²⁺、Ba²⁺，加20%NaOH溶液调节pH=12.5，沉淀镁离子，故滤渣C为Mg（OH）₂；
故答案为：Mg（OH）₂；
（4）滤液3中加入盐酸酸化，再通过加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到BaCl₂•2H₂O晶体；
故答案为：加热浓缩；过滤；
（5）BaCl₂•2H₂O晶体与NH₄F溶液反应制备氟化钡，反应物为：Ba²⁺+2F^?=BaF₂↓，己知K_sp（BaF₂）=1.84×10^-7，当钡离子完全沉淀时（即钡离子浓度≤10^-5L），至少需要的氟离子浓度是$\sqrt{\frac{1.84×1{0}^{-7}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=0.136mol/L；
故答案为：Ba²⁺+2F^?=BaF₂↓；0.136；  
（6）将氯化钡溶液滴入等物质的量浓度的硫酸钠和碳酸钠混合液中，当BaCO₃开始沉淀时，溶液中$\frac{c（C{O}_{3}^{2-}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）•c（B{a}^{2+}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）•c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=24.1；
故答案为：24.1．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．