Question

5．鍶（Sr）為第五周期ⅡA族元素，其化合物六水氯化鍶（SrCl₂•6H₂O）是實(shí)驗(yàn)窒重要的分析試劑，工業(yè)上常用天青石（主要成分為SrSO₄）為原料制備，生成流程如圖：

已知：①經(jīng)鹽酸浸取后，溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，還含有少量Ba²⁺雜質(zhì)；
②SrSO₄、BaSO₄的溶度積常數(shù)分別為3.3×10^-7、1.1×10^-10；
③SrCl₂•6H₂O的摩爾質(zhì)量為：267g/mol．
（1）天青石焙燒前先研磨粉碎，其目的是增加反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高原料的轉(zhuǎn)化率．
（2）隔絕空氣高溫焙燒，若0.5mol SrSO₄中只有S被還原，轉(zhuǎn)移了4mol電子．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑．
（3）為了得到較純的六水氯化鍶晶體，過濾2后還需進(jìn)行的兩步操作是洗滌、干燥．
（4）加入硫酸的目的是除去溶液中Ba²⁺雜質(zhì)；為了提高原料的利用率，濾液中Sr²⁺的濃度應(yīng)不高于0.03  mol/L（注：此時(shí)濾液中Ba²⁺濃度為1×10^-5 mol/L）．
（5）產(chǎn)品純度檢測：稱取1.000g產(chǎn)品溶解于適量水中，向其中加入含AgNO₃1.100×10^-2mol的AgNO₃溶液（溶液中除Cl^-外，不含其它與Ag⁺反應(yīng)的離子），待Cl^-完全沉淀后，用含F(xiàn)e³⁺的溶液作指示劑，用0.2000mol/L的NH₄SCN標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的AgNO₃，使剩余的Ag⁺以AgSCN白色沉淀的形式析出．①滴定反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液由無色變?yōu)檠�紅色，且30s不褪色；
②若滴定過程用去上述濃度的NH₄SCN溶液20.00mL，則產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的質(zhì)量百分含量為93.45%（保留4位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 以天青石（主要成分為SrSO₄）為原料制備六水氯化鍶（SrCl₂•6H₂O），由流程可知，天青石和碳隔絕空氣高溫焙燒生成CO、SrS，SrS加鹽酸后溶液中除含有Sr²⁺和Cl^-外，還含有少量Ba²⁺雜質(zhì)，然后加硫酸生成硫酸鋇沉淀，所以過濾后濾渣為硫酸鋇，濾液中含SrSO₄、SrCl₂，最后蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶得到SrCl₂•6H₂O，
（1）研磨粉碎的目的是增加反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高原料的轉(zhuǎn)化率；
（2）0.5mol SrSO₄中只有S被還原，轉(zhuǎn)移了4mol電子，則1mol的S轉(zhuǎn)移8mol的電子，反應(yīng)后生成的-2價(jià)硫離子，據(jù)此寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）過濾1后的濾液中含有氯化鍶，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后從溶液中將晶體過濾出來，洗滌除去表面的雜質(zhì)離子并進(jìn)行干燥即獲得SrCl₂•6H₂O；
（4）用HCl溶解SrS后的溶液中含有雜質(zhì)鋇離子，加入硫酸的后生成硫酸鋇沉淀從而除去溶液中Ba²⁺雜質(zhì)；
根據(jù)鋇離子濃度、硫酸鋇的溶度積計(jì)算出鋇離子完全除去時(shí)硫酸根離子的濃度，然后根據(jù)硫酸鍶的溶度積計(jì)算出需要鍶離子的最小濃度；
（5）①若NH₄SCN不再剩余的Ag⁺結(jié)合形成AgSCN白色沉淀，溶液中就會(huì)含有SCN^-，就會(huì)與Fe³⁺產(chǎn)生絡(luò)合物是溶液變?yōu)榧t色，據(jù)此判斷滴定終點(diǎn)；
②根據(jù)n=cV計(jì)算出n（NH₄SCN），Ag⁺以AgSCN白色沉淀的形式析出，據(jù)此計(jì)算出溶液中剩余的Ag⁺的物質(zhì)的量及與Cl^-反應(yīng)的Ag⁺的物質(zhì)的量，再根據(jù)氯離子守恒計(jì)算出1.000g產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的物質(zhì)的量、質(zhì)量，最后計(jì)算出產(chǎn)品純度．

解答 解：（1）天青石焙燒前先研磨粉碎，其目的是為了增加反應(yīng)物的接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高原料的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：增加反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高原料的轉(zhuǎn)化率；
（2）在焙燒的過程中若只有0.5 mol SrSO₄中只有S被還原，轉(zhuǎn)移了4 mol電子，則1mol的S轉(zhuǎn)移8mol的電子，由于在反應(yīng)前元素的化合價(jià)為+6價(jià)，所以反應(yīng)后元素的化合價(jià)為-2價(jià)，因此碳與天青石在高溫下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑，
故答案為：SrSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SrS+4CO↑；
（3）然后向得到的含有SrS固體中加入HCl發(fā)生反應(yīng)：SrS+2HCl=SrCl₂+H₂S↑，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后從溶液中將晶體過濾出來，洗滌除去表面的雜質(zhì)離子并進(jìn)行干燥即獲得SrCl₂•6H₂O，
故答案為：洗滌、干燥；
（4）在用HCl溶解SrS后的溶液中加入硫酸的目的是除去溶液中Ba²⁺雜質(zhì)；
由于在Ba²⁺濃度為1×10^-5 mol/L，BaSO₄的溶度積常數(shù)為1.1×10^-10，所以c（SO₄^2-）=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{1×10{\;}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5mol/L，而SrSO₄的溶度積常數(shù)為3.3×10^-7，所以c（Sr²⁺）=$\frac{3.3×10{\;}^{-7}}{1.1×10{\;}^{-5}}$mol/L=3.0×10^-2=0.03mol/L，
故答案為：除去溶液中Ba²⁺雜質(zhì)； 0.03；
（5）①若NH₄SCN不再剩余的Ag⁺結(jié)合形成AgSCN白色沉淀，溶液中就會(huì)含有SCN^-，就會(huì)與Fe³⁺產(chǎn)生絡(luò)合物是溶液變?yōu)榧t色，因此滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)溶液由無色變?yōu)檠�紅色，且30 s不褪色，
故答案為：溶液由無色變?yōu)檠�紅色，且30 s不褪色；
②n（NH₄SCN）=0.2000mol/L×0.02L=4.0×10^-3mol，Ag⁺以AgSCN白色沉淀的形式析出，所以溶液中剩余的Ag⁺的物質(zhì)的量為：n（Ag⁺）=4.0×10^-3mol，則與Cl^-反應(yīng)的Ag⁺的物質(zhì)的量為：n（Ag⁺）=1.100×10^-2 mol-4.0×10^-3mol=7.0×10^-3mol，
1.000g產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的物質(zhì)的量為：n（SrCl₂•6H₂O）=$\frac{1}{2}$×n（Ag⁺）=3.5×10^-3mol，
1.000g產(chǎn)品中SrCl₂•6H₂O的質(zhì)量為：m（SrCl₂•6H₂O）=3.5×10^-3mol×267 g/mol=0.9345g，
所以產(chǎn)品純度為：$\frac{0.9435g}{1g}$×100%=93.45%，
故答案為：93.45%．

點(diǎn)評 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)分離方法為解答的關(guān)鍵，涉及反應(yīng)速率、氧化還原反應(yīng)、滴定原理等，注意信息與所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)，題目難度較大．