Question

【题目】钛酸钡(BaTiO3)作为著名的铁电和压电材料，因其优异电性能和低污染性受到人们重视，也是目前制备无铅压电陶瓷的重要候选材料。某工厂以重晶石(主要含BaSO4)为原料，生产钛酸钡的工艺流程如图：

回答下列问题：

（1）酸浸时将BaCO3研成粉末并适当增大盐酸浓度，是为了___；常温下，TiCl4为液体且极易水解，配制一定浓度的TiCl4溶液的方法是__。

（2）用Na2CO3溶液浸泡重晶石(假设杂质不与Na2CO3反应)，能将BaSO4转化为BaCO3，此反应的平衡常数K=__(填写计算结果)；若不考虑CO32-的水解，要使2.33gBaSO4恰好完全转化为BaCO3，则至少需要浓度为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“滤液"的主要成分为__；隔绝空气煅烧草酸氧钛钡晶体得到钛酸钡粉体和混合气态产物，试写出反应的化学方程式：__。

Answer 1

【答案】提高BaCO3的酸浸速率 溶于浓盐酸，再加适量蒸馏水稀释至所需浓度 0.02 510 NH4Cl BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O

【解析】

(1)根据物质的存在状态及影响化学反应速率的因素分析；TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中弱碱阳离子水解，从抑制盐水解考虑；

(2)根据沉淀的转化平衡方程式书写、计算；

(3)根据原子守恒判断滤液中的主要成分；草酸氧钛钡晶体隔绝空气煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、CO2及水蒸气。

(1)盐酸与BaCO3发生反应：2HCl+BaCO3=BaCl2+H2O+CO2↑，为了加快反应速率可以将固体BaCO3研成粉末，以增大接触面积，故答案为：提高BaCO3的酸浸速率；TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti4+会发生水解反应：Ti4++4H2OTi(OH)4+4H+，使溶液变浑浊，为了配制得到澄清的TiCl4溶液，同时不引入杂质离子，通常是将TiCl4溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度，故答案为：溶于浓盐酸，再加适量蒸馏水稀释至所需浓度；

(2) 在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和Na2CO3溶液时，发生沉淀转化生成BaCO3：BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，最终BaSO4生成BaCO3；反应的平衡常数，故答案为：0.02；2.33gBaSO4物质的量为0.01mol，根据BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，完全转化需要0.01molCO32－，同时溶液中产生0.01molSO42-，根据K值溶液中含有n（CO32-）=0.01mol÷0.02=0.5mol，需要加入Na2CO3为0.01mol+0.5mol=0.51mol，需要Na2CO3溶液的体积为0.51mol÷1mol/L=0.51L=510mL，故答案为：510；

(3) TiCl4和草酸混合液加入了氨水，然后与BaCl2溶液混合得到草酸氧钛钡晶体，根据原子守恒，滤液中主要成分为NH4Cl，故答案为：NH4Cl；草酸氧钛钡晶体隔绝空气煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、CO2及水蒸气，煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为BaTiO(C2O4)2·4H2O BaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O，故答案为：BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。