Question

【題目】鈦酸鋇(BaTiO3)作為著名的鐵電和壓電材料，因其優(yōu)異電性能和低污染性受到人們重視，也是目前制備無鉛壓電陶瓷的重要候選材料。某工廠以重晶石(主要含BaSO4)為原料，生產鈦酸鋇的工藝流程如圖：

回答下列問題：

（1）酸浸時將BaCO3研成粉末并適當增大鹽酸濃度，是為了___；常溫下，TiCl4為液體且極易水解，配制一定濃度的TiCl4溶液的方法是__。

（2）用Na2CO3溶液浸泡重晶石(假設雜質不與Na2CO3反應)，能將BaSO4轉化為BaCO3，此反應的平衡常數K=__(填寫計算結果)；若不考慮CO32-的水解，要使2.33gBaSO4恰好完全轉化為BaCO3，則至少需要濃度為1.0mol·L-1Na2CO3溶液__mL。(已知：Ksp(BaSO4)=1.0×10-10、Ksp(BaCO3)=5.0×10-9)

（3）流程中“濾液"的主要成分為__；隔絕空氣煅燒草酸氧鈦鋇晶體得到鈦酸鋇粉體和混合氣態(tài)產物，試寫出反應的化學方程式：__。

Answer 1

【答案】提高BaCO3的酸浸速率 溶于濃鹽酸，再加適量蒸餾水稀釋至所需濃度 0.02 510 NH4Cl BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O

【解析】

(1)根據物質的存在狀態(tài)及影響化學反應速率的因素分析；TiCl4是強酸弱堿鹽，在溶液中弱堿陽離子水解，從抑制鹽水解考慮；

(2)根據沉淀的轉化平衡方程式書寫、計算；

(3)根據原子守恒判斷濾液中的主要成分；草酸氧鈦鋇晶體隔絕空氣煅燒得到BaTiO3，同時得到CO、CO2及水蒸氣。

(1)鹽酸與BaCO3發(fā)生反應：2HCl+BaCO3=BaCl2+H2O+CO2↑，為了加快反應速率可以將固體BaCO3研成粉末，以增大接觸面積，故答案為：提高BaCO3的酸浸速率；TiCl4是強酸弱堿鹽，在溶液中Ti4+會發(fā)生水解反應：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，故答案為：溶于濃鹽酸，再加適量蒸餾水稀釋至所需濃度；

(2) 在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，當向溶液中加入飽和Na2CO3溶液時，發(fā)生沉淀轉化生成BaCO3：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，待達到平衡后，移走上層清液，重復多次操作，最終BaSO4生成BaCO3；反應的平衡常數，故答案為：0.02；2.33gBaSO4物質的量為0.01mol，根據BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，完全轉化需要0.01molCO32－，同時溶液中產生0.01molSO42-，根據K值溶液中含有n（CO32-）=0.01mol÷0.02=0.5mol，需要加入Na2CO3為0.01mol+0.5mol=0.51mol，需要Na2CO3溶液的體積為0.51mol÷1mol/L=0.51L=510mL，故答案為：510；

(3) TiCl4和草酸混合液加入了氨水，然后與BaCl2溶液混合得到草酸氧鈦鋇晶體，根據原子守恒，濾液中主要成分為NH4Cl，故答案為：NH4Cl；草酸氧鈦鋇晶體隔絕空氣煅燒得到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，故答案為：BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。