Question

Ba(NO₃)₂可用于生產綠色煙花、綠色信號彈、炸藥等。某生產BaCO₃、BaSO₄的化工廠生產中排出大量的鋇泥[主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba(FeO₂)₂等]，該廠利用鋇泥制取Ba(NO₃)₂晶體（不含結晶水），其部分工藝流程如下：

已知： ①Fe³⁺和Fe²⁺以氫氧化物形式沉淀完全時，溶液的pH分別為3.2和9.7；
②K_sp(BaSO₄)=1.1×10^－10，K_sp(BaCO₃)=5.1×10^－9。  
（1）該廠生產的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不純，提純的方法是：將產品加入足量的飽和Na₂CO₃溶液中，充分攪拌，過濾，洗滌。用離子方程式說明提純原理：         。
（2）酸溶時，Ba(FeO₂)₂與HNO₃反應生成兩種硝酸鹽，化學方程式為             。
（3）該廠結合本廠實際，選用的X為     （填序號），中和I使溶液中的      （填離子符號）的濃度減小。

A．BaCl2

B．Ba(OH)2

C．Ba(NO3)2

D．BaCO3

（4）最后的廢渣中除原有的難溶性雜質外還含有               （填化學式）。
（5）測定所得Ba(NO₃)₂晶體的純度：準確稱取m₁g晶體溶于蒸餾水，加入足量的硫酸，充分反應后，過濾、洗滌、干燥，稱量其質量為m₂g，則該晶體純度的計算表達式為        。（已知Ba(NO₃)₂、BaSO₄的式量分別為261、233）

Answer 1

（16分）
（1）BaSO₄(s)+CO₃^2－BaCO₃(s)+SO₄^2－（3分）
（2）Ba(FeO₂)₂+8HNO₃=Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O（3分）
（3）D（2分）     Fe³⁺、H⁺（2分）
（4）BaSO₄、Fe(OH)₃（3分）
（5）×100%（3分）

解析試題分析：（1）根據已知信息可知，5.1×10^－9約為1.1×10^－10的46倍，雖然K_sp(BaCO₃)> K_sp(BaSO₄)，因此BaSO₄可以轉化為BaCO₃，前提是增大碳酸根離子的濃度，使碳酸根離子與鋇離子結合生成碳酸鋇沉淀，導致BaSO₄ (s)Ba²⁺+SO₄^2－的平衡向右移動，總反應為BaSO₄(s)+CO₃^2－BaCO₃(s)+SO₄^2－；
（2）依題意推斷，酸溶時Ba(FeO₂)₂與HNO₃反應生成的兩種硝酸鹽分別是硝酸鋇、硝酸鐵，不涉及氧化還原反應，利用觀察法可以配平該復分解反應方程式，即Ba(FeO₂)₂+8HNO₃=Ba(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₃+4H₂O；
（3）氯化鋇不能與氫離子反應，不能調節pH，且引入氯離子，故A選項錯誤；氫氧化鋇與氫離子能反應，可以調節溶液pH，但是氫氧化鋇是強堿，成本高，且容易導致溶液pH升高過快，超出中和I要求的pH范圍，故B選項錯誤；硝酸鋇不能與氫離子反應，故C選項錯誤；碳酸鋇與氫離子能反應，生成鋇離子、二氧化碳氣體和水，既能調節溶液pH在4～5之間，又不引入新的雜質，故D選項正確；根據已知信息推導，硝酸是氧化性酸，鋇泥酸浸之后溶液中無亞鐵離子，加入碳酸鋇溶液pH在4～5之間，既能減小氫離子溶液，又能促進鐵離子完全水解，導致鐵離子完全變為氫氧化鐵沉淀，則中和I使溶液中的氫離子和鐵離子的濃度減小；
（4）由于硝酸是強酸、強氧化性酸，則BaCO₃+2HNO₃=Ba(NO₃)₂+CO₂↑+H₂O、3BaSO₃+2HNO₃=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，Ba(OH)₂+2HNO₃= Ba(NO₃)₂+2H₂O，則最后的廢渣中除原有的難溶性雜質外，還含有BaSO₄、Fe(OH)₃；（5）由于硫酸鋇的式量為233，n=m/M，則硫酸鋇的物質的量為m₂/233 mol；由于反應Ba(NO₃)₂+H₂SO₄= BaSO₄↓+2HNO₃中Ba(NO₃)₂與BaSO₄的系數之比等于物質的量之比，則晶體中Ba(NO₃)₂的物質的量為m₂/233 mol；由于硝酸鋇的式量為261，m=n?M，則晶體中硝酸鋇的質量為261 m₂/233g；由于晶體的質量為m₁g，則晶體中硝酸鋇的純度計算表達式為261m₂/233m₁×100%。
考點：考查物質制備化學工藝流程，涉及沉淀的轉化原理、復分解反應方程式、除雜試劑的選擇、除雜的原理、濾渣的主要成分、物質的量在化學方程式中的應用、質量、摩爾質量、純度等。