Question

20．碳酸鍶是主要用于電子工業(yè)的磁性材料．此外在陶瓷、醫(yī)藥和化工等方面也有廣泛的用途．用天青石礦（主要成分為SrSO₄）生產(chǎn)高純度碳酸鍶，須除去碳酸鍶粗品中的Ca²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺．其工藝流程如下：

已知：k_sp（SrSO₄）=3.2×10^-7，k_sp（SrCO₃）=1.6×10^-10，k_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10
（1）天青石溶解過程生成SrCO₃粗品的化學方程式為SrSO₄+2NH₄HCO₃=SrCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．溶解時將天青石礦粉碎的目的是增大礦石與溶液的接觸面積提高反應速率．
（2）用鹽酸酸化時的離子方程式為SrCO₃+2H⁺=Sr²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）濾渣Ⅰ的主要成分是BaSO₄，硫酸的濃度不能超過0.1%的原因是防止生成SrSO4沉淀，減少鍶元素的損失．
（4）除鐵過程中用NaClO₃代替H₂O₂的優(yōu)點是生成的Fe（OH）₃沉淀顆粒較大，易過濾．除鐵過程的離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+15H₂O=6Fe（OH）₃+Cl^-+12H⁺．
（5）濾渣Ⅱ的成分是Mg（OH）₂和Ca（OH）₂，加入20%的燒堿溶液時需將溫度控制在90℃為佳，其原因是降低Ca（OH）₂溶解度，有利于沉淀析出．

Answer 1

分析 用天青石礦（主要成分為SrSO₄）生產(chǎn)高純度碳酸鍶，須除去碳酸鍶粗品中的Ca²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺，在飽和碳酸氫銨溶液中溶解，放出二氧化碳，過濾得到濾渣加入鹽酸酸溶，調(diào)節(jié)溶液PH=1.0，過濾得到沉淀中加入0.1%的硫酸，過濾得到濾液加入NaClO₃氧化亞鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子，過濾得到濾液中加入20%燒堿沉淀鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中加入飽和碳酸氫銨碳酸化得到碳酸鍶過濾洗滌干燥得到固體，
（1）天青石溶解過程生成SrCO₃粗品，同時發(fā)出二氧化碳氣體、硫酸銨和水；礦石粉碎增大接觸面積提高反應速率；
（2）鹽酸酸化是溶解碳酸鍶生成鍶離子、二氧化碳和水；
（3）加入硫酸沉淀鋇離子生成硫酸鋇沉淀，硫酸濃度過大會沉淀鍶離子；
（4）氯酸鈉是氧化劑氧化亞鐵離子生成氫氧化鐵和鹽酸，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；
（5）濾渣Ⅱ為氫氧化鈣、氫氧化鎂沉淀，加入20%的燒堿溶液時需將溫度控制在90℃為佳，氫氧化鈣溶解度隨溫度升高減小；

解答 解：用天青石礦（主要成分為SrSO₄）生產(chǎn)高純度碳酸鍶，須除去碳酸鍶粗品中的Ca²⁺、Ba²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺，在飽和碳酸氫銨溶液中溶解，放出二氧化碳，過濾得到濾渣加入鹽酸酸溶，調(diào)節(jié)溶液PH=1.0，過濾得到沉淀中加入0.1%的硫酸，過濾得到濾液加入NaClO₃氧化亞鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子，過濾得到濾液中加入20%燒堿沉淀鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中加入飽和碳酸氫銨碳酸化得到碳酸鍶過濾洗滌干燥得到固體，
（1）天青石溶解過程生成SrCO₃粗品，同時發(fā)出二氧化碳氣體、硫酸銨和水，反應的化學方程式為：SrSO₄+2NH₄HCO₃=SrCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；礦石粉碎增大接觸面積提高反應速率，
故答案為：SrSO₄+2NH₄HCO₃=SrCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；增大礦石與溶液的接觸面積提高反應速率；
（2）鹽酸酸化是溶解碳酸鍶生成鍶離子、二氧化碳和水，反應的離子方程式為：SrCO₃+2H⁺=Sr²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案為：SrCO₃+2H⁺=Sr²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）加入硫酸沉淀鋇離子生成硫酸鋇沉淀，濾渣Ⅰ的主要成分是硫酸鋇，硫酸的濃度不能超過0.1%的原因是硫酸濃度過大會沉淀鍶離子，
故答案為：BaSO₄；防止生成SrSO4沉淀，減少鍶元素的損失；
（4）氯酸鈉是氧化劑氧化亞鐵離子生成氫氧化鐵和鹽酸，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+15H₂O=6Fe（OH）₃+Cl^-+12H⁺，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+15H₂O=6Fe（OH）₃+Cl^-+12H⁺；
（5）濾渣Ⅱ為氫氧化鈣、氫氧化鎂沉淀，加入20%的燒堿溶液時需將溫度控制在90℃為佳，氫氧化鈣溶解度隨溫度升高減小，所以升溫降低了氫氧化鈣溶解度有利于沉淀析出，
故答案為：Mg（OH）₂和Ca（OH）₂；降低Ca（OH）₂溶解度，有利于沉淀析出；

點評 本題考查了物質(zhì)的分離提純、生產(chǎn)流程的分析判斷，主要是物質(zhì)的性質(zhì)、試劑選擇的目的和沉淀產(chǎn)物的理解應用，掌握基礎是解題關(guān)鍵，題目難度中等．