Question

3．工業(yè)上用重晶石（BaSO₄）制備其他鋇鹽的常用方法主要有高溫煅燒還原法、沉淀轉(zhuǎn)化法等．
I． 高溫煅燒還原法
工業(yè)上利用重晶石高溫煅燒還原法制備BaCl₂的工藝流程圖如下：

某研究小組在實驗室用重晶石（主要成分BaSO₄）對工業(yè)過程進行模擬實驗．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}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1     ②
（1）氣體用過量NaOH溶液吸收，得到硫化鈉．Na₂S水解的離子方程式為：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-、HS^-+H₂O?H₂S+OH^-．
（2）反應(yīng)C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$2CO（g）的△H=+172.5kJ•mol^-1．
（3）實際生產(chǎn)中必須加入過量的炭，同時還要通入空氣，其目的可能是使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．
II．沉淀轉(zhuǎn)化法
（4）已知K_SP（ BaSO₄）=1.0×10^-10，K_SP（ BaCO₃）=2.5×10^-9．某同學(xué)設(shè)想用飽和Na₂CO₃溶液和鹽酸將BaSO₄轉(zhuǎn)化成BaCl₂，若用10L Na₂CO₃溶液一次性溶解并完全轉(zhuǎn)化1.0mol BaSO₄（溶液體積變化可忽略不計），則該轉(zhuǎn)化過程的離子方程式為BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-； 反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.04；Na₂CO₃溶液的最初濃度不得低于1.25×10^-3．

Answer 1

分析 重晶石高溫煅燒還原法制備BaCl₂的過程為重晶石加入碳高溫焙燒，得到物質(zhì)加入鹽酸溶解過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體，
（1）Na₂S水解呈堿性，且有兩步水解，以第一步水解為主；
（2）利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱；
（3）加入過量C可提高重晶石的轉(zhuǎn)化率，同時維持反應(yīng)進行；
（4）BaSO₄電離出的鋇離子與碳酸根離子結(jié)合生成碳酸鋇沉淀；平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，結(jié)合Ksp（BaSO₄）、Ksp（BaCO₃）計算，根據(jù)Ksp（BaSO₄）計算飽和溶液中硫酸根離子的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計算c（CO₃^2-）．

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）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}$=+172.5kJ•mol^-1，
故答案為：+172.5；
（3）加入過量C可提高重晶石的轉(zhuǎn)化率，以上反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，炭和氧氣反應(yīng)放熱維持反應(yīng)所需高溫，
故答案為：使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產(chǎn)量）；①②為吸熱反應(yīng)，炭和氧氣反應(yīng)放熱維持反應(yīng)所需高溫；
（4）用飽和Na₂CO₃溶液處理BaSO₄沉淀，BaSO₄電離出的鋇離子與碳酸根離子結(jié)合生成碳酸鋇沉淀，其轉(zhuǎn)化的方程式為：BaSO₄（s）+CO₃ ^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{c（{{B}_{a}}^{2+}）c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{{B}_{a}}^{2+}）c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-9}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.04；已知Ksp（BaSO₄）=1.0×10^-10，則飽和硫酸鋇溶液中硫酸根離子的濃度c（SO₄^2-）=$\sqrt{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=5.0×10^-5mol/L，則c（CO₃^2-）=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{K}$=$\frac{5.0×1{0}^{-5}}{0.04}$=1.25×10^-3mol/L，
故答案為：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-；0.04；1.25×10^-3．

點評 本題考查了沉淀的轉(zhuǎn)化、平衡常數(shù)的計算、溶度積的計算等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的計算能力和分析能力．