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(BaTiO3)的工藝流程如下：

回答下列問題：

(l)為提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施為__（寫出一條即可）；常溫下，TiCl4為液體且易水解，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(shù)K= ___（填寫計算結果）；若不考慮CO32－的水解，要使2. 33g BaSO4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“混合”溶液的鈦元素在不同pH時主要以TiO(OH)＋、TiOC2O4、TiO(C2O4)22－三種形式存在（變化曲線如右圖所示）。實際制備工藝中，先用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH于2.8左右，再進行“沉淀”，其反應的離子方程式為____；圖中曲線c對應鈦的形式為____（填粒子符號）。

(4)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氣態(tài)產(chǎn)物，試寫出反應的化學方程式：____。

Answer 1

【答案】將BaCO3研成粉末或適當增大鹽酸濃度或適當加熱或攪拌等 溶于濃鹽酸，再加適量水稀釋至所需濃度 0.02 510 TiO(C2O4)22－＋Ba2＋＋4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓ TiO(OH)＋ NH4Cl BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3＋2CO↑＋2CO2↑＋4H2O

【解析】

(1)根據(jù)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(jù)沉淀的轉化平衡方程式書寫、計算；

(3)“混合溶液”過程中，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，調(diào)節(jié)混合液pH在2.8左右再進行沉淀，據(jù)“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，再根據(jù)反應前后各種元素的原子個數(shù)守恒及晶體的化學式書寫出相應的化學方程式；隨著氨水的不斷加入溶液的pH不斷增大，可以判斷c對應鈦的形式為TiO（OH）+；

(4)根據(jù)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；也可以適當增大鹽酸濃度或適當加熱升高反應溫度或攪拌等；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；

(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(shù)；2.33gBaSO4物質的量為0.01mol，根據(jù)BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，完全轉化需要0.01molCO32－，同時溶液中產(chǎn)生0.01molSO42-，根據(jù)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。

(3) “混合溶液”過程中，鈦元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)22-和TiO(OH)+三種形式存在，調(diào)節(jié)混合液pH在2.8左右再進行沉淀，據(jù)“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，“沉淀”時的離子方程式為：TiO(C2O4)22-＋Ba2＋+4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓；隨著氨水的不斷加入溶液的pH不斷增大，可以判斷c對應鈦的形式為TiO（OH）+；

(4) 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(jù)原子守恒，濾液中主要成分為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。