Question

【題目】某工廠以重晶石（主要含BaSO4）為原料，生產“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)“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，調節(jié)混合液pH在2.8左右再進行沉淀，據“沉淀”時生成草酸氧鈦鋇晶體中含有TiO(C2O4)22-(即b微粒)，再根據反應前后各種元素的原子個數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；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。

(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，調節(jié)混合液pH在2.8左右再進行沉淀，據“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。