Question

2．工業(yè)上制備BaCl₂的工藝流程圖如圖：

某研究小組在實(shí)驗(yàn)室用重晶石（主要成分BaSO₄）對(duì)工業(yè)過程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)．查表得
BaSO₄（s）+4C（s）$\stackrel{高溫}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1     ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\stackrel{高溫}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1     ②
（1）氣體用過量NaOH溶液吸收得到硫化鈉，Na₂S水解的離子方程式為S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-．
（2）向BaCl₂溶液中加入AgNO₃和KBr，當(dāng)兩種沉淀共存時(shí)，$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{I}^{-}）}$=2.7×10^-3．
（3）反應(yīng)C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1．
（4）實(shí)際生產(chǎn)中必須加入過量的炭，同時(shí)還要通入空氣，其目的是使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產(chǎn)量）
①②為吸熱反應(yīng)，炭和氧氣反應(yīng)放熱維持反應(yīng)所需高溫．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)室用重晶石（主要成分BaSO₄）加入碳高溫反應(yīng)得到BsS，溶于鹽酸生成氯化鋇溶液和硫化氫氣體，BaCl₂溶液蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶析出過濾得到晶體，
（1）Na₂S水解呈堿性，且有兩步水解，以第一步水解為主；
（2）根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$=$\frac{Ksp（AgBr）}{c（A{g}^{+}）}$：$\frac{Ksp（AgCl）}{c（A{g}^{+}）}$=$\frac{Ksp（AgBr）}{Ksp（AgCl）}$；
（3）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，BaSO₄（s）+4C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1 ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1 ②
將以上兩個(gè)熱化學(xué)方程式相減，然后除以2可得：；
（4）加入過量C可提高冰晶石的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)維持反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：（1）Na₂S水解呈堿性，且有兩步水解，以第一步水解為主，第一步水解生成離子HS^-，第二步水解生成H₂S，水解的離子方程式分別為S^2-+H₂O?HS^-+OH^-；
HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，故答案為：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-；
（2）當(dāng)兩種沉淀共存時(shí)，Ag⁺離子濃度相同，根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算，c（Br^-）=$\frac{Ksp（AgBr）}{c（A{g}^{+}）}$，c（Cl^-）=$\frac{Ksp（AgCl）}{c（A{g}^{+}）}$，則$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$=$\frac{5.4×1{0}^{-13}}{2.0×1{0}^{-10}}$=2.7×10^-3．
故答案為：2.7×10^-3；
（3）利用蓋斯定律求解：
BaSO₄（s）+4C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1 ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1 ②
將以上兩個(gè)熱化學(xué)方程式相減，然后除以2可得：
C（s）+CO₂（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO（g）△H=$\frac{571.2KJ/mol-226.2KJ/mol}{2}$=+172.5kJ•mol^-1，
故答案為：+172.5；
（4）加入過量C可提高冰晶石的轉(zhuǎn)化率，以上反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，炭和氧氣反應(yīng)放熱維持反應(yīng)所需高溫，
故答案為：使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產(chǎn)量）；①②為吸熱反應(yīng)；炭和氧氣反應(yīng)放熱維持反應(yīng)所需高溫．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，題目具有一定難度，涉及鹽類的水解、難溶電解質(zhì)的溶解平衡、反應(yīng)熱的計(jì)算等問題，本題注意溶度積常數(shù)的利用．