Question

钛酸钡是一种强介电化合物材料，具有高介电常数和低介电损耗，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”，工业制取方法如下，先获得不溶性草酸氧钛钡晶体[BaTiO(C₂O₄)₂·4H₂O]，煅烧后可获得钛酸钡粉体。

（1）酸浸时发生的反应的离子方程式为__________________；

（2）配制TiCl₄溶液时通常将TiCl₄固体溶于浓盐酸再加水稀释，其目的是_________________________;

（3）加入H₂C₂O₄溶液时，发生反应的化学方程式为____________________；可循环使用的物质X是________(填化学式)，设计实验方案验证草酸氧钛钡晶体是否洗涤干净：_______________________；

（4）煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO₃的同时，生成高温下的气体产物有CO、_______和_________；

（5）工业上用饱和Na₂CO₃溶液处理重晶石（主要成分是BaSO₄），待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，将其转化为易溶于酸的BaCO₃，再由BaCO₃制备其它钡盐。已知常温下：Ksp(BaSO₄)=1.0×10^-10，Ksp(BaCO₃)=2.58×10^-9，请问至少需要______ mol·L^-1的碳酸钠溶液浸泡才能实现上述转化（忽略CO₃^2-的水解）。

Answer

BaCO3+2H+ = Ba2+ + CO2↑+H2O 抑制TiCl4的水解 BaCl2 + TiCl4 + 2H2C2O4 + 5H2O = BaTiO(C2O4)2·4H2O↓+ 6HCl HCl 取最后一次洗涤液少许，滴入硝酸酸化的硝酸银，若无沉淀生成，则说明晶体已经洗涤干净 CO2 H2O(g) 2.58×10-4

【解析】试题分析：由题意，结合流程图可知：用HCl溶液溶解BaCO3得到BaCl2溶液，向溶液中加入TiCl4与H2C2O4溶液，发生反应生成BaTiO(C2O4)2·4H2O（草酸氧钛钡晶体）和HCl，然后经过滤、洗涤、干燥、煅烧得到BaTiO3粉体。

（1）用盐酸酸浸，盐酸与碳酸钡反应，离子方程式为：BaCO3+2H+ = Ba2+ + CO2↑+H2O。

（2）TiCl4是强酸弱碱盐，若直接溶于水获得溶液，TiCl4会水解，又因为TiCl4水解显酸性，所以将TiCl4固体先溶于浓盐酸再稀释，可抑制TiCl4的水解。

（3）BaCl2、TiCl4与H2C2O4溶液发生反应生成BaTiO(C2O4)2·4H2O（草酸氧钛钡晶体）和HCl，化学方程式为：BaCl2 + TiCl4 + 2H2C2O4 + 5H2O = BaTiO(C2O4)2·4H2O↓+ 6HCl；流程中用盐酸溶解BaCO3，所以BaCl2、TiCl4与H2C2O4溶液发生反应生成的HCl可循环利用；要验证草酸氧钛钡晶体是否洗涤干净，可检验晶体表面有无Cl-存在，方法为：取最后一次洗涤液少许，滴入硝酸酸化的硝酸银，若无沉淀生成，则说明晶体已经洗涤干净。

（4）根据草酸氧钛钡晶体的化学式可知，碳元素化合价为+3价，所以煅烧草酸氧钛钡晶体除了得到BaTiO3、CO外，还会生成高温下的气体产物有CO2和H2O（g）

（5）根据反应物和生成物可写出方程式为：BaSO4(s)+Na2CO3(aq)=BaCO3(s)+Na2SO4(aq)。反应的平衡常数是 = = ，饱和硫酸钡溶液中，SO42－浓度是1×10－5mol/L，所以此时CO32－浓度是2.58×10-4。

点睛：本题是一道工业流程题，难度一般。工艺流程题与各个知识模块的结合点较多，因此在分析工业生产工艺流程题时，应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来。解题时首先要明确原料和产品(包括副产品)，即箭头进出方向，其次依据流程图分析反应原理，紧扣信息，搞清流程中每一步发生了什么反应，弄清有关反应原理，明确目的(如沉淀反应、除杂、分离等)，最后联系储存的知识，有效利用信息，准确答题。