Question

15．鋇鹽行業(yè)生產(chǎn)中排出大量的鋇泥 主要含有【BaCO₃、BaSiO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂】等．某主要生產(chǎn)BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的化工廠利用鋇泥制取Ba（NO₃）₂，其部分工藝流程如下
已知部分離子沉淀所需的pH如下表

物質(zhì)	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀pH	4.7	7.5	1.4
沉淀完全pH	6.7	14	3.7

問(wèn)答下列問(wèn)題
（1）上述③過(guò)濾操作中除要用到玻璃棒，鐵架臺(tái)，燒杯等還缺的玻璃儀器有漏斗，廢渣中的主要化學(xué)物質(zhì)是BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄（寫化學(xué)式）
（2）寫出酸溶過(guò)程中涉及氧化還原反應(yīng)的離子方程式3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O
（3）該廠結(jié)合本廠實(shí)際，選用的X為BaCO₃（填化學(xué)式）；中和Ⅰ使溶液中Fe³⁺、H⁺（填離子符號(hào)）的濃度減少（中和Ⅰ引起的溶液體積變化可忽略）
（4）上述④洗滌的目的是減少?gòu)U渣中可溶性鋇鹽對(duì)環(huán)境的污染．
（5）由于廢渣給周圍環(huán)境造成了一定的污染，該工廠想設(shè)計(jì)一個(gè)方案，將工廠廢渣進(jìn)行分離，并制備生產(chǎn)光導(dǎo)纖維的主要原材料，請(qǐng)你按示例簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分案（示例：取物質(zhì)A$\stackrel{加熱}{→}$$\stackrel{蒸發(fā)}{→}$ 得到物質(zhì)B）
廢渣$\stackrel{適量氫氧化鉀}{→}$$\stackrel{攪拌過(guò)濾}{→}$濾液$\stackrel{加入足量鹽酸}{→}$$\stackrel{攪拌過(guò)濾}{→}$$\stackrel{加熱}{→}$二氧化硅．

Answer 1

分析 鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過(guò)濾后濾液中含有鐵離子、鋇離子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸鋇，調(diào)節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾后廢渣為Fe（OH）₃，濾液中含有硝酸、硝酸鋇等，加入氫氧化鋇中和得到硝酸鋇溶液，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、過(guò)濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，過(guò)濾得到的固體洗滌后除去廢渣，濾液重新加入酸溶步驟充分利用，
（1）依據(jù)過(guò)濾操作和裝置圖分析需要的玻璃儀器，依據(jù)上述分析可知，最后的廢渣中除含少量的BaSiO₃、H₂SiO₃（H₄SiO₄）及原有的難溶性雜質(zhì)外，還含有中和Ⅰ使溶液中H⁺濃度減小，F(xiàn)e³⁺形成Fe（OH）₃沉淀，硝酸具有強(qiáng)氧化性，將亞硫酸鋇氧化為硫酸鋇，故沉淀中還含有Fe（OH）₃、BaSO₄；
（2）硝酸具有強(qiáng)氧化性，將亞硫酸鋇氧化為硫酸鋇，同時(shí)生成NO與水；
（3）X既要能中和硝酸，又不產(chǎn)生新雜質(zhì)，結(jié)合本廠實(shí)際，故可用BaCO₃；中和Ⅰ使溶液中的Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀、H⁺濃度減��；
（4）洗滌廢渣是為了減少?gòu)U渣中可溶性鋇鹽對(duì)環(huán)境的污染；
（5）廢渣中含有BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄，加入氫氧化鉀溶液充分溶解后過(guò)濾得到硅酸鉀濾液，在濾液中加入足量鹽酸和剩余氫氧化鉀溶液和硅酸鉀充分反應(yīng)，生成硅酸沉淀，過(guò)濾得到沉淀加熱灼燒得到二氧化硅．

解答 解：鋇泥主要含BaCO₃、BaSO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硫酸鋇，過(guò)濾后濾液中含有鐵離子、鋇離子等，且溶液呈酸性，可加入碳酸鋇，調(diào)節(jié)溶液pH=4～5，使鐵離子水解生成Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾后廢渣為Fe（OH）₃，濾液中含有硝酸、硝酸鋇等，加入氫氧化鋇中和得到硝酸鋇溶液，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、過(guò)濾可得到硝酸鋇晶體，母液中含有硝酸鋇，過(guò)濾得到的固體洗滌后除去廢渣，濾液重新加入酸溶步驟充分利用，
（1）上述③過(guò)濾操作中除要用到玻璃棒，鐵架臺(tái)，燒杯等還缺的玻璃儀器有漏斗，最后的廢渣中除含少量的BaSiO₃、H₂SiO₃（H₄SiO₄）及原有的難溶性雜質(zhì)外，中和Ⅰ使溶液中H⁺濃度減小，F(xiàn)e³⁺形成Fe（OH）₃沉淀，硝酸具有強(qiáng)氧化性，將亞硫酸鋇氧化為硫酸鋇，故沉淀中還含有Fe（OH）₃、BaSO₄，
故答案為：漏斗；BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄；
（2）硝酸具有強(qiáng)氧化性，將亞硫酸鋇氧化為硫酸鋇，同時(shí)生成NO與水，反應(yīng)離子方程式為：3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，
故答案為：3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O；
（3）加入X調(diào)節(jié)溶液的pH=4～5，則X應(yīng)能消耗H⁺，結(jié)合工廠主要生產(chǎn)BaCl₂、BaCO₃、BaSO₄的實(shí)際情況，可選用BaCO₃；中和后溶液中H⁺濃度減小，pH在4～5時(shí)，F(xiàn)e³⁺也完全沉淀，故Fe³⁺濃度也減小，故答案為：BaCO₃；Fe³⁺、H⁺；
（4）因?yàn)殇^鹽是重金屬鹽，有毒，故洗滌的目的是減少?gòu)U渣中可溶性鋇鹽對(duì)環(huán)境的污染，故答案為：減少?gòu)U渣中可溶性鋇鹽對(duì)環(huán)境的污染；
（5）廢渣中含有BaSiO₃、H₂SiO₃、Fe（OH）₃、BaSO₄，加入氫氧化鉀溶液充分溶解后過(guò)濾得到硅酸鉀濾液，在濾液中加入足量鹽酸和剩余氫氧化鉀溶液和硅酸鉀充分反應(yīng)，生成硅酸沉淀，過(guò)濾得到沉淀加熱灼燒得到二氧化硅，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案為：廢渣$\stackrel{適量氫氧化鉀}{→}$$\stackrel{攪拌過(guò)濾}{→}$ 濾液$\stackrel{加入足量鹽酸}{→}$ $\stackrel{攪拌過(guò)濾}{→}$ $\stackrel{加熱}{→}$二氧化硅，
故答案為：廢渣$\stackrel{適量氫氧化鉀}{→}$$\stackrel{攪拌過(guò)濾}{→}$ 濾液$\stackrel{加入足量鹽酸}{→}$ $\stackrel{攪拌過(guò)濾}{→}$ $\stackrel{加熱}{→}$二氧化硅．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生在“工藝流程閱讀、相關(guān)反應(yīng)化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)條件控制的原理、生產(chǎn)流程的作用”等方面對(duì)元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解和應(yīng)用程度，考查學(xué)生對(duì)新信息的處理能力，題目難度中等．