Question

14．鍶（₃₈Sr）元素廣泛存在于礦泉水中，是一種人體必需的微量元素，在元素周期表中與₂₀Ca和₅₆Ba同屬于第ⅡA族．
（1）堿性：Sr（OH）₂＜ Ba（OH）₂（填“＞”或“＜”）；鍶的化學(xué)性質(zhì)與鈣和鋇類似，用原子結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)解釋其原因是同一主族元素，原子最外層電子數(shù)相同．
（2）碳酸鍶是最重要的鍶化合物．用含SrSO₄和少量BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的天青石制備SrCO₃，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．將天青石礦粉和Na₂CO₃溶液充分混合，過濾；
Ⅱ．將濾渣溶于鹽酸，過濾；
Ⅲ．向Ⅱ所得濾液中加入濃硫酸，過濾；
Ⅳ．向Ⅲ所得濾液中先加入次氯酸，充分反應(yīng)后再用氨水調(diào)pH約為7，過濾；
Ⅴ．向Ⅳ所得濾液中加入稍過量NH₄HCO₃，充分反應(yīng)后，過濾，將沉淀洗凈，烘干，得到SrCO₃．
已知：�。�相同溫度時的溶解度：BaSO₄＜SrCO₃＜SrSO₄＜CaSO₄
ⅱ．生成氫氧化物沉淀的pH

物質(zhì)	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3
開始沉淀pH	1.9	7.0	3.4
完全沉淀pH	3.2	9.0	4.7

①Ⅰ中，反應(yīng)的化學(xué)方程式是SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄．
②Ⅱ中，能與鹽酸反應(yīng)溶解的物質(zhì)有SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃．
③Ⅳ的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺和Al³⁺沉淀完全．
④下列關(guān)于該工藝流程的說法正確的是ac．
a．該工藝產(chǎn)生的廢液含較多的NH₄⁺、Na⁺、Cl^-、SO₄^2-
b．Ⅴ中反應(yīng)時，升高溫度一定可以提高SrCO₃的生成速率
c．Ⅴ中反應(yīng)時，加入溶液一定可以提高NH₄HCO₃的利用率．

Answer 1

分析 （1）同一主族元素，元素的金屬性隨著原子序數(shù)增大而增強(qiáng)，元素的金屬性越強(qiáng)，其最高價氧化物的水化物堿性越強(qiáng)；
同一主族元素，其最外層電子數(shù)相等，元素性質(zhì)取決于價電子；
（2）用含SrSO₄和少量BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的天青石制備SrCO₃，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．相同溫度時溶解度SrCO₃＜SrSO₄，溶解度大的物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為溶解度小的物質(zhì)，所以將天青石礦粉和Na₂CO₃溶液充分混合，發(fā)生的反應(yīng)為SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄，然后過濾；
Ⅱ．濾渣含有SrCO₃、BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，將濾渣溶于鹽酸，能和稀鹽酸反應(yīng)的物質(zhì)有碳酸鹽、金屬氧化物，然后過濾；
Ⅲ．向Ⅱ所得濾液中加入濃硫酸，能和濃硫酸反應(yīng)的為鋇離子，生成硫酸鋇沉淀，然后過濾；
Ⅳ．向Ⅲ所得濾液中先加入次氯酸，次氯酸具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化生成鐵離子，充分反應(yīng)后再用氨水調(diào)pH約為7，根據(jù)生成氫氧化物沉淀pH知，得到的沉淀是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后過濾；
Ⅴ．向Ⅳ所得濾液中加入稍過量NH₄HCO₃，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成沉淀SrCO₃，充分反應(yīng)后，過濾，將沉淀洗凈，烘干，得到SrCO₃，
①SrSO₄與碳酸鈉溶液反應(yīng)，沉淀轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是溶解平衡的移動，將天青石粉末與碳酸鈉溶液的混合物在90℃時加熱1～2h，經(jīng)過濾、洗滌，得到碳酸鍶，說明碳酸鍶的溶解度小于硫酸鍶的溶解度；
②SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃均與鹽酸反應(yīng)；
③先加入次氯酸，氧化亞鐵離子，再用氨水調(diào)pH約為7，使鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀；
④a、分析過程可知該工藝產(chǎn)生的廢液含較多的NH₄⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-；
b．升高溫度促進(jìn)碳酸氫銨水解導(dǎo)致碳酸氫銨濃度降低，平衡逆向移動；
c、在這時候氫氧化鍶與碳酸氫銨反應(yīng)時會有一個副反應(yīng)生成的一水合氨與碳酸氫銨的反應(yīng)，浪費(fèi)了一部分碳酸氫銨，如果加入溶液不會影響反應(yīng)過程但是會稀釋一水合氨的濃度，使得副反應(yīng)更慢、占的比例從而更少，也就是提高了碳酸氫銨的利用率．

解答 解：（1）同一主族元素，元素的金屬性隨著原子序數(shù)增大而增強(qiáng)，元素的金屬性越強(qiáng)，其最高價氧化物的水化物堿性越強(qiáng)；
同一主族元素，其最外層電子數(shù)相等，元素性質(zhì)取決于價電子；
金屬性Sr＜Ba，則堿性：Sr（OH）₂＜Ba（OH）₂，鍶的化學(xué)性質(zhì)與鈣和鋇類似，是因同一主族元素，原子最外層電子數(shù)相同，
故答案為：＜；同一主族元素，原子最外層電子數(shù)相同；
（2）用含SrSO₄和少量BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的天青石制備SrCO₃，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．相同溫度時溶解度SrCO₃＜SrSO₄，溶解度大的物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為溶解度小的物質(zhì)，所以將天青石礦粉和Na₂CO₃溶液充分混合，發(fā)生的反應(yīng)為SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄，然后過濾；
Ⅱ．濾渣含有SrCO₃、BaSO₄、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，將濾渣溶于鹽酸，能和稀鹽酸反應(yīng)的物質(zhì)有碳酸鹽、金屬氧化物，然后過濾；
Ⅲ．向Ⅱ所得濾液中加入濃硫酸，能和濃硫酸反應(yīng)的為鋇離子，生成硫酸鋇沉淀，然后過濾；
Ⅳ．向Ⅲ所得濾液中先加入次氯酸，次氯酸具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化生成鐵離子，充分反應(yīng)后再用氨水調(diào)pH約為7，根據(jù)生成氫氧化物沉淀pH知，得到的沉淀是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后過濾；
Ⅴ．向Ⅳ所得濾液中加入稍過量NH₄HCO₃，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成沉淀SrCO₃，充分反應(yīng)后，過濾，將沉淀洗凈，烘干，得到SrCO₃，
①I中只有SrSO₄與碳酸鈉溶液反應(yīng)，反應(yīng)為SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄，平衡正向進(jìn)行，加入碳酸鈉溶液，平衡正向進(jìn)行，在反應(yīng)過程中不斷攪拌可以提高反應(yīng)的速率和效率
故答案為：碳酸鍶的溶解度小于硫酸鍶的溶解度；攪拌；故答案為：SrSO₄+Na₂CO₃=SrCO₃+Na₂SO₄； 加入碳酸鈉溶液，攪拌；
②由物質(zhì)的溶解性可知，只有碳酸鹽和金屬氧化物與鹽酸反應(yīng)，則SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃均與鹽酸反應(yīng)，
故答案為：SrCO₃、BaCO₃、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃；
③由生成氫氧化物沉淀的pH可知，Ⅳ的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺和Al³⁺沉淀完全，故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺和Al³⁺沉淀完全；
④a、分析過程可知該工藝產(chǎn)生的廢液含較多的NH₄⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-，故a正確；
b．升高溫度促進(jìn)碳酸氫銨水解導(dǎo)致碳酸氫銨濃度降低，平衡逆向移動，不能提高SrCO₃的生成速率，故b錯誤；
c、在這時候氫氧化鍶與碳酸氫銨反應(yīng)時會有一個副反應(yīng)生成的一水合氨與碳酸氫銨的反應(yīng)，浪費(fèi)了一部分碳酸氫銨，如果加入溶液不會影響反應(yīng)過程但是會稀釋一水合氨的濃度，使得副反應(yīng)更慢、占的比例從而更少，也就是提高了碳酸氫銨的利用率，故c正確；
故答案為：ac．

點(diǎn)評 本題考查制備實驗方案設(shè)計，為高頻考點(diǎn)，涉及基本操作、物質(zhì)的分離和提純、氧化還原反應(yīng)等知識點(diǎn)，明確各個步驟發(fā)生的反應(yīng)及溶液中存在的微粒成分是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是判斷各個步驟濾液中成分，題目難度中等．