Question

5．Ba（N0₃）₂可用于生产烟花．某化工厂利用BaC0₃含少量CuC0₃、Ba（FeO₂）₂等杂质制取Ba（N0₃）₂晶体，其部分工艺流程如图所示．

已知：Fe³⁺和Fe^z+以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的pH分别为3.2和9.7．
（1）Ba（Fe0₂）₂中Fe的化合价为+3；在步骤I中HN0₃表现出的性质是酸性．
（2）检验步骤iil所得溶液是否含铁元素的方法是取少量溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，振荡，如果溶液出现红色则含有Fe³⁺，否则不含Fe³⁺．
（3）步骤IV中得到Ba（N0₃）_z晶体的操作依次为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；该厂生产的Ba（N0₃）₂晶体含有少量Cu²⁺．化学上通过惰性电解法富集Cu时，发现电解装置的阴极还有少量使红色石蕊试纸变蓝的气体生成．生成该气体的电极反应为NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃↑+9OH^-．
（4）闪光粉是由Ba（N0₃）₂与Al粉混合而成，受热可以产生N2和另外两种氧化物，同时放出大量光和热．
已知：4NO₂ （g）+O₂ （g）+2BaO（s）=2Ba（N0₃）₂（s）△H=+akJ/mol
4Al（s）+30₂ （g）=2Al₂0₃（s）△H=-bkJ/mol
N2 （g）+2O₂（g）=2N0₂ （g）△H=-ckJ/mol    （a、b、c均大于0）
写出闪光粉受热反应的热化学反应方程式3Ba（NO₃）₂（s）+10Al（s）=3N₂（g）+5Al₂O₃（s）+3BaO（s）△H=-（1.5a+2.5b-3c）kJ/mol．
（5）Ba²⁺半致死量为355mg/kg．误食Ba²⁺可以服用MgS0₄溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；为了减少环境污染，请对上述流程中不合理的设计进行改进，改进措施是洗涤废渣并回收洗涤液．

Answer 1

分析 BaC0₃含少量CuC0₃、Ba（FeO₂）₂等杂质，其中Ba（FeO₂）₂中钡元素为+2价，铁元素为+3价，加入硝酸，在容器中充分溶解得到溶液，此溶液中含有钡离子、铜离子、三价铁离子，可加入碳酸钡，调节溶液pH=4～5，使铁离子、铜离子水解生成Fe（OH）₃沉淀、Cu（OH）₂沉淀，过滤后废渣为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，滤液中主要含有硝酸、硝酸钡，经蒸发浓缩，冷却结晶，过滤可得到硝酸钡晶体，据此解答．
（1）Ba（FeO₂）₂中钡元素为+2价，铁元素为+3价，步骤I中发生的反应都不是氧化还原反应，在产物中生成的都是硝酸盐，则硝酸只体现了酸性；
（2）检验三价铁通常用硫氰化钾溶液；
（3）步骤IV中得到Ba（N0₃）_z晶体的操作依次为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；阴极发生还原反应，能使红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气，说明是溶液中硝酸根放电；（4）闪光粉是由Ba（N0₃）₂与Al粉混合而成，受热可以产生N₂和另外两种氧化物，利用化合价升降配平方程式为：3Ba（NO₃）₂+10Al=3N₂+5Al₂O₃+3BaO，
①4NO₂ （g）+O₂ （g）+2BaO（s）=2Ba（N0₃）₂（s）△H=+akJ/mol
②4Al（s）+30₂ （g）=2Al₂0₃（s）△H=-bkJ/mol
③N2 （g）+2O₂（g）=2N0₂ （g）△H=-ckJ/mol   
用盖斯定律构造目标反应，应是②×2.5-③×3-①×1.5得到热化学反应方程式；
（5）Ba²⁺可以服用MgS0₄溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；过滤得到的废渣上含硝酸，应洗涤废渣并回收洗涤液．

解答 解：BaC0₃含少量CuC0₃、Ba（FeO₂）₂等杂质，其中Ba（FeO₂）₂中钡元素为+2价，铁元素为+3价，加入硝酸，在容器中充分溶解得到溶液，此溶液中含有钡离子、铜离子、三价铁离子，可加入碳酸钡，调节溶液pH=4～5，使铁离子、铜离子水解生成Fe（OH）₃沉淀、Cu（OH）₂沉淀，过滤后废渣为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，滤液中主要含有硝酸、硝酸钡，经蒸发浓缩，冷却结晶，过滤可得到硝酸钡晶体．
（1）Ba（FeO₂）₂中钡元素为+2价，铁元素为+3价，步骤I中HN0₃与BaC0₃、CuC0₃发生复分解反应，与Ba（FeO₂）₂反应的方程式为：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃ =Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O，这些反应中各元素化合价都没有变化，都不是氧化还原反应，在产物中生成的都是硝酸盐，则硝酸只体现了酸性，
故答案为：+3；酸性；
（2）检验三价铁通常用硫氰化钾溶液，具体操作是：取少量溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，振荡，如果溶液出现红色则含有Fe³⁺，否则不含Fe³⁺，
故答案为：取少量溶液于试管，滴加几滴KSCN溶液，振荡，如果溶液出现红色则含有Fe³⁺，否则不含Fe³⁺；
（3）步骤IV中得到Ba（N0₃）_z晶体的操作依次为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；阴极发生还原反应，能使红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气，说明是溶液中硝酸根放电，则电极反应式为：NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃↑+9OH^-，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；NO₃^-+6H₂O+8e^-=NH₃↑+9OH^-；
（4）闪光粉是由Ba（N0₃）₂与Al粉混合而成，受热可以产生N2和另外两种氧化物，利用化合价升降配平方程式为：3Ba（NO₃）₂+10Al=3N₂+5Al₂O₃+3BaO，
①4NO₂ （g）+O₂ （g）+2BaO（s）=2Ba（N0₃）₂（s）△H=+akJ/mol
②4Al（s）+30₂ （g）=2Al₂0₃（s）△H=-bkJ/mol
③N2 （g）+2O₂（g）=2N0₂ （g）△H=-ckJ/mol   
用盖斯定律构造目标反应，应是②×2.5-③×3-①×1.5，得到3Ba（NO₃）₂（s）+10Al（s）=3N₂（g）+5Al₂O₃（s）+3BaO（s）△H=-（1.5a+2.5b-3c）kJ/mol，
故答案为：3Ba（NO₃）₂（s）+10Al（s）=3N₂（g）+5Al₂O₃（s）+3BaO（s）△H=-（1.5a+2.5b-3c）kJ/mol；
（5）Ba²⁺可以服用MgS0₄溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；过滤得到的废渣上含硝酸，应洗涤废渣并回收洗涤液，
故答案为：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；应洗涤废渣并回收洗涤液．

点评 本题考查学生在“工艺流程阅读、相关化学反应、除杂的原理、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．