Question

17．某工业废料钡泥中主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（Fe O₂）2等，某实验小组模拟工
业过程利用钡泥制取BaCO₃和Ba（NO₃）₂晶体（不含结晶水），其实验流程如下：

已知：
①Fe³⁺和Fe²⁺以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的pH分虽为3.2和9.7；
②Ba（NO₃）₂晶体的分解温度：592℃； Ba（NO₃）₂的溶解度在高温时较大，低温时较小；f一
③K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9．
（1）酸溶时，BaCO₃发生反应的离子反应方程式为BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O
（2）酸溶后，滤液1除了Ba²⁺外，还存在的阳离子是H⁺、Fe³⁺等（填写离子符号）．
（3）加入X的目的是调节溶液的pH，使Fe³⁺完全沉淀除去．
（4）若在操作II中加入Na₂CO₃来制取BaCO₃，经检验所得BaCO₃中含有少量BaSO₄而不纯，提纯的方法是：将产品加入足量的饱和Na₂CO₃溶液中，充分搅拌和静置后，弃去上层清液．如此反复多次处理，直到BaSO₄4全部转化为BaCO₃，该提纯原理的离子反应方程式是BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）
（5）若用（4）的方法处理含有0.21m o l BaSO₄样品，每次用1.0L 2.0m o l•L^-1饱和Na₂CO₃溶液，则至少需要处理5次，BaSO₄才能全部转化BaCO₃．
（6）操作III的名称是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（7）上述流程中对环境的影响主要有氮的氧化物和重金属污染．因此要进一步处理，避免造成二次污染．

Answer 1

分析 钡泥中主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（Fe O₂）₂等，加稀硝酸溶解，BaSO₃被氧化为BaSO₄，过滤，滤渣为BaSO₄，滤液中主要含有Ba²⁺、H⁺、Fe³⁺，调节pH，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀除去，过滤，滤渣2为氢氧化铁，滤液2中主要含有Ba²⁺、H⁺，加氢氧化钡溶液中和多余的氢离子，使溶液为中性，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到硝酸钡晶体；
（1）酸溶时，碳酸钡与氢离子反应生成二氧化碳、钡离子和水；
（2）加稀硝酸溶解，Ba（Fe O₂）₂转化为Ba²⁺、Fe³⁺；
（3）调节pH除去铁离子；
（4）当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化；
（5）根据K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9，求出化学平衡常数，结合化学方程式进行计算；
（6）根据从溶液中提取溶质的操作分析；
（7）硝酸与亚硫酸钡反应的产物之一为氮的氧化物，钡离子属于有毒的重金属离子，根据氮的氧化物和钡离子对环境的影响分析．

解答 解：钡泥中主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba（Fe O₂）₂等，加稀硝酸溶解，BaSO₃被氧化为BaSO₄，过滤，滤渣为BaSO₄，滤液中主要含有Ba²⁺、H⁺、Fe³⁺，调节pH，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀除去，过滤，滤渣2为氢氧化铁，滤液2中主要含有Ba²⁺、H⁺，加氢氧化钡溶液中和多余的氢离子，使溶液为中性，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到硝酸钡晶体；
（1）酸溶时，碳酸钡与氢离子反应生成二氧化碳、钡离子和水，其反应的离子方程式为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
故答案为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（2）加稀硝酸溶解，Ba（Fe O₂）₂转化为Ba²⁺、Fe³⁺，另外溶液中还含有多余的氢离子，所以溶液中的阳离子有Ba²⁺、Fe³⁺、H⁺；
故答案为：H⁺、Fe³⁺；
（3）溶液中含有杂质离子Fe³⁺，调节溶液的pHFe³⁺会转化为氢氧化铁沉淀，然后过滤除去；
故答案为：调节溶液的pH，使Fe³⁺完全沉淀除去；
（4）溶液存在BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq），当c（CO₃^2-）×c（Ba²⁺）＞K_sp（BaCO₃）时，可实现沉淀的转化，
故答案为：BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）；
（5）BaSO₄（aq）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（aq）+SO₄^2-（aq）的平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{5.1×1{0}^{-9}}$=0.0216，
设每次用1.00L 2.0 mol•L^-1饱和Na₂CO₃溶液能处理xmol BaSO₄，
BaSO₄ +CO₃^2-=BaCO₃ +SO₄²
  （2.02.0-x）mol•L^-1 x mol•L^-1
根据K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{x}{2.0-x}$=0.0216
解得：x=0.0441，处理次数=$\frac{0.21mol}{0.0441mol}$=4.76，所以至少处理5次，
故答案为：5；
（6）从溶液中提取溶质经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即可得到硝酸钡晶体；
故答案为：蒸发浓缩；过滤；
（7）硝酸与亚硫酸钡反应的产物之一为氮的氧化物，氮的氧化物属于有毒气体，会污染空气，钡离子属于有毒的重金属离子，最后的母液中含有钡离子，会污染环境，因此要进一步处理，避免造成二次污染；
故答案为：氮的氧化物和重金属污染．

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．