Question

【題目】某工廠以重晶石(主要含BaSO4)為原料，生產(chǎn)“電子陶瓷工業(yè)支柱”—鈦酸鋇(BaTiO3)的工藝流程如下：

已知：

(1)Ksp(BaSO4)=1.0×10﹣10 ，Ksp(BaCO3)=5.0×10-9

(2)草酸氧鈦鋇晶體的化學(xué)式為 BaTiO(C2O4)2·4H2O

回答下列問題：

(1)為提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施為_________(寫出一條)。

(2)配制一定濃度的TiCl4溶液時，通常是將TiCl4(室溫下為液體)________________。

(3)用Na2CO3溶液泡重晶石(假設(shè)雜質(zhì)不與Na2CO3溶液作用)，待達(dá)到平衡后，移走上層清液，重復(fù)多次操作，將BaSO4轉(zhuǎn)化為BaCO3，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______(填寫計(jì)算結(jié)果)。若不考慮CO32-的水解，則至少需要使用濃度為_____mol/LNa2CO3溶液浸泡重晶石才能開始該轉(zhuǎn)化過程。

(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證草酸氧鈦鋇晶體已經(jīng)洗滌干凈：______________________________。

(5)“混合溶液液”環(huán)節(jié)，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，如圖所示。實(shí)際制備工藝中，先用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH于2.5～3之間，再進(jìn)行“沉淀”，則圖中曲線a對應(yīng)鈦的形式為_____(填化學(xué)式)；寫出“沉淀”時的離子方程式：___________。

(6)煅燒草酸氧鈦鋇晶體得到BaTiO3方程式為：__________。

Answer 1

【答案】將BaCO3研成粉末或適當(dāng)增大鹽酸濃度或適當(dāng)加熱或攪拌等 溶于濃鹽酸，再加適量水稀釋至所需濃度。 0.02 5.0×10-4 取少許最后一次洗滌液，滴入稀硝酸酸化的硝酸銀，無沉淀生成，說明晶體已經(jīng)洗滌干凈 TiOC2O4 TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓ BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O

【解析】

(1)根據(jù)物質(zhì)的存在狀態(tài)及影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析；

(2)該鹽是強(qiáng)酸弱堿鹽，在溶液中弱堿陽離子水解，從抑制鹽水解考慮；

(3)根據(jù)沉淀的轉(zhuǎn)化平衡方程式書寫、計(jì)算；

(4)草酸氧鈦鋇晶體從含有HCl、TiCl4溶液中產(chǎn)生，只要證明洗滌液中無Cl-，就證明洗滌干凈；

(5) “混合溶液”環(huán)節(jié)，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，據(jù)“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，隨著氨水的不斷加入C2O42-濃度逐漸增大的趨勢，可以判斷a對應(yīng)鈦的形式為TiOC2O4；再根據(jù)反應(yīng)前后各種元素的原子個數(shù)守恒及晶體的化學(xué)式書寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式；

(6)草酸氧鈦鋇晶體煅燒得到BaTiO3，同時得到CO、CO2及水蒸氣。

(1)鹽酸與BaCO3發(fā)生反應(yīng)：2HCl+BaCO3=BaCl2+H2O+CO2↑，為了加快反應(yīng)速率。，可以將固體BaCO3研成粉末，以增大接觸面積；也可以適當(dāng)增大鹽酸濃度或適當(dāng)加熱升高反應(yīng)溫度或攪拌等等；

(2) TiCl4是強(qiáng)酸弱堿鹽，在溶液中Ti4+會發(fā)生水解反應(yīng)：Ti4++4H2OTi(OH)4+4H+，使溶液變渾濁為了配制得到澄清的TiCl4溶液，同時不引入雜質(zhì)離子，通常是將TiCl4溶于濃鹽酸中，然后再加適量水稀釋至所需濃度；

(3) 在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，當(dāng)向溶液中加入飽和Na2CO3溶液時，發(fā)生沉淀轉(zhuǎn)化生成BaCO3：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，待達(dá)到平衡后，移走上層清液，重復(fù)多次操作，最終BaSO4生成BaCO3；反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.02；在BaSO4飽和溶液中，根據(jù)Ksp(BaSO4)=1.0×10﹣10可知c(Ba2+)=1.0×10﹣5mol/L，不考慮CO32-的水解，要實(shí)現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化，則c(Ba2+)c(CO32-)> Ksp(BaCO3)，c(CO32-)>5.0×10﹣9÷1.0×10﹣5=5.0×10-4mol/L，即至少需要使用濃度為5.0×10-4mol/LNa2CO3溶液浸泡；

(4) HCl、TiCl4、H2C2O4混合反應(yīng)產(chǎn)生草酸氧鈦鋇晶體，若晶體過濾后洗滌干凈，則洗滌液中不含有Cl-，所以證草酸氧鈦鋇晶體已經(jīng)洗滌干凈的方法是取少許最后一次洗滌液，滴入稀硝酸酸化的硝酸銀，無沉淀生成，說明晶體已經(jīng)洗滌干凈；

(5) “混合溶液”環(huán)節(jié)，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，據(jù)“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，隨著氨水的不斷加入，C2O42-濃度逐漸增大的趨勢可以判斷a對應(yīng)鈦的形式為TiOC2O4，b對應(yīng)鈦的形式為TiO(C2O4)22-；c對應(yīng)鈦的形式為TiO(OH)+；在“沉淀”時的離子方程式為：TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓

(6)草酸氧鈦鋇晶體煅燒得到BaTiO3，同時得到CO、CO2及水蒸氣。煅燒草酸氧鈦鋇晶體得到BaTiO3方程式為BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。