Question

19．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：

（1）酸溶后溶液中pH=1，Ba（FeO₂）₂與HNO₃的反應(yīng)的離子方程式為Ba（FeO₂）₂+8HNO₃=Ba（NO₃）₂+2Fe（ NO₃）₃+4H₂O；
（2）向上述酸溶后的溶液中加入X，控制pH在4～5范圍．用離子方程式表示加X(jué)調(diào)節(jié)pH的過(guò)程BaCO₃+2H⁺═Ba²⁺+H₂O+CO₂↑；
（3）酸溶過(guò)程鋇泥中有一種成分沒(méi)有溶解，這種成分是BaSO₃；
（4）對(duì)于Ba²⁺+2NO₃^-+3SO₂+2H₂O═BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺+2SO₄^2-反應(yīng)，在酸性條件下NO₃^-氧化性比SO₄^2-氧化性強(qiáng)（填“強(qiáng)”或“弱”）；
（5）配平下列反應(yīng)方程式：2NH₄⁺+3O₂+4OH^-═2NO₂^-+6H₂O；
（6）酸溶時(shí)BaSO₃會(huì)和硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，1mol BaSO₃被氧化時(shí)被還原HNO₃的物質(zhì)的量是0.67（若不能整除則保留兩位小數(shù)）；
（7）一定條件下，向廢水中加入CH₃OH，將HNO₃還原成N₂，若該反應(yīng)消耗32g CH₃OH轉(zhuǎn)移6mol電子，則參加反應(yīng)的還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比是5：6；
（8）若用9.6g銅和50mL一定物質(zhì)的量濃度的硝酸反應(yīng)，銅溶解后放出2240mL標(biāo)準(zhǔn)狀況下的NO₂、NO氣體，將溶液稀釋為500mL，測(cè)得溶液的pH=1，則原硝酸的物質(zhì)的量濃度為9mol/L．

Answer 1

分析 鋇泥主要含BaCO₃、BaSiO₃、Ba（FeO₂）₂等，加入硝酸，在容器中充分溶解，可生成硝酸鋇，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）Ba（FeO₂）₂中Fe元素是+3價(jià)，鋇元素為+2價(jià)，與HNO₃反應(yīng)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；
（2）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；
（3）BaSO₃可被硝酸氧化生成硫酸鋇；
（4）氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性；
（5）根據(jù)化合價(jià)升降相等配平；
（6）發(fā)生反應(yīng)為3BaSO₃+2H⁺+2NO₃^-=3BaSO₄+2NO↑+H₂O，反應(yīng)中S元素化合價(jià)由+4價(jià)升高到+6價(jià)，N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到+2價(jià)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中氧化劑和還原劑得失電子數(shù)目相等，表現(xiàn)為化合價(jià)升降總數(shù)相等計(jì)算；
（7）32gCH₃0H轉(zhuǎn)移6mol電子，即1mol還原劑參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移6mol電子，根據(jù)消耗甲醇的量和轉(zhuǎn)移電子的量來(lái)書(shū)寫(xiě)方程式，并確定氧化劑和還原劑的量的多少；
（8）反應(yīng)后剩余硝酸的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（HNO₃）_剩余+n（CuNO₃）×2+n（NO₂+NO），再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）Ba（FeO₂）₂中Fe元素是+3價(jià)，鋇元素為+2價(jià)，故Ba（FeO₂）₂與硝酸不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O，
故答案為：Ba（FeO₂）₂+8HNO₃═Ba（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₃+4H₂O；
（2）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；離子方程式：BaCO₃+2H⁺═Ba²⁺+H₂O+CO₂↑，故答案為：BaCO₃+2H⁺═Ba²⁺+H₂O+CO₂↑；
（3）BaSO₃可被硝酸氧化生成硫酸鋇，硫酸鋇不溶于硝酸，故答案為：BaSO₃；
（4）氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性，Ba²⁺+2NO₃^-+3SO₂+2H₂O═BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺+2SO₄^2-反應(yīng)中硝酸根是氧化劑，硫酸根是氧化產(chǎn)物，故答案為：強(qiáng)；
（5）根據(jù)化合價(jià)升降相等，在該反應(yīng)中，NH₄⁺→NO₂^-，N的化合價(jià)由-3→-+3，升高6價(jià)，O₂化合價(jià)降低4價(jià)，化合價(jià)變化的最小公倍數(shù)為12，則NH₄⁺的計(jì)量數(shù)為2，O₂計(jì)量數(shù)為3，然后根據(jù)電荷守恒配平：2NH₄⁺+3O₂+4OH^-═2NO₂^-+6H₂O，故答案為：2；3；4；2；6；
（6）1mol BaSO₃被氧化時(shí)，失去2mol電子，則硝酸得到2mo電子，反應(yīng)中N元素化合價(jià)由+5價(jià)降低到+2價(jià)，設(shè)有x mol硝酸被鋇還原，則有[5-（+2）]x=2，
x=0.67，故答案為：0.67；
（7）消耗32g（1mol）CH₃OH轉(zhuǎn)移6mol電子，由CH₃OH中碳原子的化合價(jià)升高6，所以反應(yīng)后碳的化合價(jià)為+4，產(chǎn)物為CO₂，根據(jù)質(zhì)量守恒和化合價(jià)升降總數(shù)相等得：5CH₃OH+6HNO₃═5CO₂+3N₂+13H₂O，反應(yīng)中氧化劑是硝酸，還原劑是甲醇，參加反應(yīng)的還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比是5：6，
故答案為：5：6；
（8）反應(yīng)后剩余硝酸的物質(zhì)的量為0.5×0.1=0.05mol，根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（HNO₃）_剩余+n（CuNO₃）×2+n（NO₂+NO）=0.05mol+$\frac{9.6g}{64g/mol}$mol×2+$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.45mol，故原有硝酸的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.45mol}{0.05L}$=9mol/L，故答案為：9mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查工藝流程和氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意從元素化合價(jià)的角度解答該題，難度中等．