Question

钛酸钡(BaTiO₃)是电子陶瓷器件的重要基础原料。工业上以钛精矿(主要成分为TiO₂)和BaCl₂为主要原料制备钛酸钡粉体的工艺流程如下：

已知：①TiCl₄水解生成H₂TiO₃沉淀；

②水溶液中含碳微粒随pH的分布如图所示。

(1) “氯化”在800 ℃时进行，其反应的化学方程式为________。

(2) “共沉淀”时，需控制溶液pH为10～11，其原因是：①___________；② ________。

(3) “滤液”中溶质的主要成分为________(填化学式)。过滤得到的固体通常用一定浓度的NH₄HCO₃溶液进行洗涤，其主要原因是___________。

(4) “煅烧”得到的钛酸钡粉体中钡钛质量比，钛酸钡粉体中可能含有的杂质为____________(填化学式)。

Answer

TiO2＋2C＋2Cl2 TiCl4＋2CO pH＞10，溶液中含碳微粒以CO32−为主，可使Ba2＋完全变成BaCO3沉淀 pH＜11，可抑制H2TiO3沉淀溶解 NH4Cl 抑制或减少BaCO3的溶解 TiO2或H2TiO3或TiO2、H2TiO3

【解析】

钛精矿(主要成分为TiO2)和C、Cl2反应生成 TiCl4和CO，TiCl4加入氯化钡、碳酸氢铵、氨水控制pH，反应生成碳酸钡、H2TiO3沉淀和氯化铵溶液，过滤得到碳酸钡、H2TiO3沉淀，煅烧生成钛酸钡(BaTiO3)。

⑴根据题中信息“氯化”在800 ℃时进行，TiO2与C、Cl2反应生成 TiCl4和CO，其反应的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2 TiCl4＋2CO；故答案为：TiO2＋2C＋2Cl2 TiCl4＋2CO。

⑵“共沉淀”时，说明生成碳酸钡、H2TiO3沉淀，因此需控制溶液pH为10～11，其原因是：反应要生成碳酸钡，尽量使得溶液碳微粒以碳酸根形式存在，钡离子和碳酸根结合生成碳酸钡沉淀；要形成H2TiO3沉淀，碱性不能太强，碱性太强会溶解H2TiO3沉淀；故答案为：pH＞10，溶液中含碳微粒以CO32−为主，可使Ba2＋完全变成BaCO3沉淀；pH＜11，可抑制H2TiO3沉淀溶解。

⑶根据前面分析得出“滤液”中溶质的主要成分为NH4Cl。为了减少或抑制碳酸钡沉淀洗涤时溶解一部分，因此过滤得到的固体通常用一定浓度的NH4HCO3溶液进行洗涤；故答案为：NH4Cl；抑制或减少BaCO3的溶解。

⑷钛酸钡(BaTiO3)中钡钛质量比，“煅烧”得到的钛酸钡粉体中钡钛质量比，说明钛酸钡粉体中可能含有的杂质为含钛的物质即TiO2或H2TiO3或TiO2、H2TiO3；故答案为：TiO2或H2TiO3或TiO2、H2TiO3。