Question

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：① Fe(OH)₃和Fe(OH)₂完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2和9.7
② Ba(NO₃)₂在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小
③ 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。用离子方程式说明提纯原理：                                  。
（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：
                                                                    。
（3）该厂结合本厂实际，选用的X为       ；

A．BaCl2

B．BaCO3

C．Ba(NO3)2

D．Ba(OH)2

（4）废渣2为                    。
（5）操作III为                                 。
（6）过滤3后的母液应循环到容器         中。（填“a”、“b”或“c”）
（7）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，则该Ba(NO₃)₂的纯度为             （相对分子质量：Ba(NO₃)₂为261，BaSO₄为233）。

Answer 1

（16分）
（1）BaSO₄（s）+CO₃^2－（aq） BaCO₃(s)+SO₄^2－（aq）（3分）（不写(s)、(aq)不扣分）
（2）Ba(FeO₂)₂+8HNO₃ = Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O （2分）
（3）B                          （2分）
（4）Fe(OH)₃                    （2分）
（5）蒸发浓缩、冷却结晶         （2分）
（6）c                          （2分）
（7）              （3分）

试题分析：（1）根据已知信息可知，5.1×10^－9约为1.1×10^－10的46倍，虽然K_sp(BaCO₃)> K_sp(BaSO₄)，因此BaSO₄可以转化为BaCO₃，前提是增大碳酸根离子的浓度，使碳酸根离子与钡离子结合生成碳酸钡沉淀，导致BaSO₄ (s)Ba²⁺+SO₄^2－的平衡向右移动，总反应为BaSO₄(s)+CO₃^2－BaCO₃(s)+SO₄^2－；（2）依题意推断，酸溶时Ba(FeO₂)₂与HNO₃反应生成的两种硝酸盐分别是硝酸钡、硝酸铁，不涉及氧化还原反应，利用观察法可以配平该复分解反应方程式，即Ba(FeO₂)₂+8HNO₃=Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O；（3）氯化钡不能与氢离子反应，不能调节pH，且引入氯离子，故A选项错误；碳酸钡与氢离子能反应，生成钡离子、二氧化碳气体和水，既能调节溶液pH在4～5之间，又不引入新的杂质，且该厂实际上生产碳酸钡，故B选项正确；硝酸钡不能与氢离子反应，故C选项错误；氢氧化钡与氢离子能反应，可以调节溶液pH，但是氢氧化钡是强碱，成本高，且容易导致溶液pH升高过快，超出中和I要求的pH范围，故D选项错误；（4）根据已知信息推导，硝酸是氧化性酸，钡泥酸浸之后溶液中无亚铁离子，加入碳酸钡溶液pH在4～5之间，既能减小氢离子溶液，又能促进铁离子完全水解，导致铁离子完全变为氢氧化铁沉淀，则滤渣2的主要成分是氢氧化铁沉淀；（5）操作III的目的是制备硝酸钡晶体，因此操作名称为蒸发浓缩、冷却结晶；（6）过滤3所得母液是硝酸钡的饱和溶液，因为硝酸钡的过饱和溶液析出硝酸钡晶体后，变为硝酸钡的饱和溶液，因此母液中含有的硝酸钡饱和溶液可以循环利用，应使其进行容器c中；（7）由于硝酸是强酸、强氧化性酸，则BaCO₃+2HNO₃=Ba(NO₃)₂+CO₂↑+H₂O、3BaSO₃+2HNO₃=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，Ba(OH)₂+2HNO₃= Ba(NO₃)₂+2H₂O，则最后的废渣中除原有的难溶性杂质外，还含有BaSO₄、Fe(OH)₃；（5）由于硫酸钡的式量为233，n=m/M，则硫酸钡的物质的量为m/233 mol；由于反应Ba(NO₃)₂+H₂SO₄= BaSO₄↓+2HNO₃中Ba(NO₃)₂与BaSO₄的系数之比等于物质的量之比，则晶体中Ba(NO₃)₂的物质的量为m/233 mol；由于硝酸钡的式量为261，m=n?M，则晶体中硝酸钡的质量为261 m/233g；由于晶体的质量为wg，则晶体中硝酸钡的纯度计算表达式为261m/233w×100%。