高中化学解析及详细解答过程:
题目概述:分析并解答关于制备粉状BaTiO₃的问题。
解答过程:
(一)关于焙烧步骤中碳粉的作用:碳粉作为还原剂,将BaSO₄还原。此过程中涉及化学反应为:BaSO₄+过量C+过量CaCl₂→BaCl₂+BaS+CaS+CO↑。此反应中,碳元素与氧元素结合生成一氧化碳,硫元素的化合价从+6降低到-2价。
(二)关于浸取步骤中的离子反应方程式:由于焙烧后的固体产物中有BaCl₂、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。用水浸取时,离子反应主要为过滤去除钙离子和硫离子反应形成沉淀的过程。此过程主要反应的离子方程式为:钙离子与硫离子结合生成硫化钙沉淀。因此浸取后的滤液中主要含有BaCl₂和可能存在的BaS等。此时加入酸将硫离子转化,考虑到硫酸会生成硫酸钡沉淀,磷酸会带入杂质硫酸根离子,因此选择盐酸作为最佳选项。但直接用盐酸浸取焙烧的固体不可行,因为会溶解微溶于水的CaS,生成可溶于水的CaCl₂,影响产品的纯度。“热分解”生成粉状钛酸钡的过程中产生的二氧化碳和一氧化碳的比例为1∶1。
第二部分解析:题目涉及辉铋矿与软锰矿联合焙烧法制备BiOCl和MnSO₄的工艺流程。要求解析该工艺流程中的相关问题。分析如下:
题目概述:分析辉铋矿与软锰矿联合焙烧法制备BiOCl和MnSO₄的工艺流程中的相关问题。
解答过程:
(一)提高焙烧效率的措施主要包括将矿石进一步粉碎、鼓入适当过量的空气以提高氧气的浓度以及适当提高焙烧温度来加快反应速率。具体反应过程中,Bi₂S₃和FeS₂与氧气反应生成金属氧化物和二氧化硫,同时过量的MnO₂分解为Mn₂O₃。在此过程中应注意控制温度和气氛以防止金属离子的损失。通过粉碎矿石增大反应物的接触面积也能有效提高焙烧效率。
(二)Bi₂S₃在空气中单独焙烧生成Bi₂O₃的化学方程式为:Bi₂S₃ + 氧气 → Bi₂O₃ + 二氧化硫(反应条件为高温)。这一反应过程中硫元素被氧化成二氧化硫,而铋元素则被氧化成氧化铋。浓盐酸在酸浸过程中除了提供酸性环境外还起到抑制金属离子水解的作用。滤渣的主要成分为二氧化硅和一些未反应的杂质如铁等金属氧化物或硫化物等(具体成分取决于矿石的杂质情况)。气体A的生成涉及到三氧化二锰与浓盐酸发生氧化还原反应产生等气体。加入金属Bi的目的是将铁离子还原成亚铁离子以避免铁离子水解混入BiOCl中从而保证产品的纯度并防止杂质引入。最后通过调节溶液的pH值使氯化铋水解生成BiOCl从而实现产品的分离和提纯。整个工艺流程涉及化学反应的控制、物质的分离和提纯以及金属离子的转化等多个方面需要精细操作以确保产品的质量和纯度。