Question

工業(yè)上用重晶石（BaSO₄)制備BaCO₃的常用方法主要有高溫鍛燒還原法、沉淀轉(zhuǎn)化法等。高溫煅燒還原法的工藝流程可簡(jiǎn)單的表示如下：

（1）若“煅燒”時(shí)產(chǎn)生一種有毒的還原性氣體，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____。
（2）工業(yè)上煅燒重晶石礦粉時(shí)，為使BaSO₄得到充分的還原和維持及應(yīng)所需的高溫，應(yīng)采取的措施是______。
a．加人過(guò)量的炭，同時(shí)通入空氣  b．設(shè)法將生成的BaS及時(shí)移出
（3）在第一次過(guò)濾后洗滌，檢驗(yàn)是否洗滌干凈的試劑最好是______。
（4）沉淀轉(zhuǎn)化法制備BaCO₃可用飽和Na₂CO₃溶液將BaSO₄轉(zhuǎn)化為BaCO₃：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
則：①在實(shí)驗(yàn)室將少量BaSO₄固體全部轉(zhuǎn)化為BaCO₃的實(shí)驗(yàn)操作方法與步驟為_(kāi)_____。
②與高溫煅燒還原法相比，沉淀轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)主要有______。
③已知：K_sp(BaCO₃)=2.40×10^－9，K_sp(BaSO₄)=1.20×10^－10�，F(xiàn)欲用沉淀轉(zhuǎn)化法將BaSO₄轉(zhuǎn)化為BaCO₃，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_____。如用1.00 L 0. 210 mol ? L^－1 Na₂CO₃溶液處理，試計(jì)算BaSO₄被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量______(要有計(jì)算過(guò)程，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

Answer 1

（18分）
（1）BaSO₄+4CBaS+4CO↑（3分）
（2）a（2分）
（3）H₂SO₄（2分，其它合理答案也給分）
（4）①將適量飽和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固體中，充分?jǐn)嚢�，靜置、棄去上層清液；如此操作，反復(fù)多次（直到BaSO₄全部轉(zhuǎn)化為BaCO₃）（3分）
②節(jié)能、環(huán)保等（2分）
③5×10^－2（2分）
解：設(shè)BaSO₄被轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，則碳酸根離子的變化濃度為xmol/L，即：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
起始濃度/mol?L^－1               0.210                 0
變化濃度/mol?L^－1                 x                   x
起始濃度/mol?L^－1              0.210—x                x （1分）
由于K==，則=（1分）
解得：x=0.0100（1分）
由于m=n?M，則BaSO₄被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量為0.0100mol×233g/mol=2.33g（1分）
答：BaSO₄被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量為2.33g。

解析試題分析：（1）依題意，BaSO₄與C在高溫下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成BaS和CO，硫元素由+6降為—2價(jià)，碳元素由0升為+2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等、原子個(gè)數(shù)守恒，則該反應(yīng)為BaSO₄+4CBaS+4CO↑；（2）加入過(guò)量的碳，同時(shí)通入空氣，可以使C與氧氣反應(yīng)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，碳過(guò)量不僅能使硫酸鋇充分還原，還能維持反應(yīng)所需的高溫，故a正確；硫化鋇是固體，固體物質(zhì)的濃度是常數(shù)，將生成的硫化鋇及時(shí)移走，不能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；（3）硫化鋇是強(qiáng)堿弱酸鹽，能溶于水，且與水反應(yīng)生成氫氧化鋇和硫化氫氣體，氫氧化鋇是可溶性強(qiáng)堿，過(guò)量的碳或未完全反應(yīng)的硫酸鋇等難溶于水，過(guò)濾所得濾渣的主要成分是碳或硫酸鋇等物質(zhì)，濾渣能吸附可溶性的鋇離子、氫氧根離子，鋇離子遇硫酸產(chǎn)生白色的硫酸鋇沉淀，因此取最后一次洗滌液少許于試管，滴入少量稀硫酸，若產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明沉淀未洗滌干凈；反之，則洗滌干凈；另外，選擇酚酞等指示劑也可以檢驗(yàn)是否含有氫氧根離子；（4）根據(jù)濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律，增大碳酸根離子濃度，可以使沉淀平衡右移，則設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案為①將適量飽和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固體中，充分?jǐn)嚢�，靜置、棄去上層清液；如此操作，反復(fù)多次（直到BaSO₄全部轉(zhuǎn)化為BaCO₃）；②高溫煅燒法需要消耗能量，產(chǎn)生有毒的硫化氫氣體，步驟多，而沉淀轉(zhuǎn)化法則節(jié)約能源，環(huán)保，操作步驟少等；③設(shè)BaSO₄被轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，則碳酸根離子的變化濃度為xmol/L，即：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
起始濃度/mol?L^－1               0.210                 0
變化濃度/mol?L^－1                 x                   x
起始濃度/mol?L^－1              0.210—x                x （1分）
由于K====5×10^－2
則==5×10^－2（1分）
解得：x=0.0100（1分）
由于m=n?M，則BaSO₄被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量為0.0100mol×233g/mol=2.33g（1分）。
考點(diǎn)：考查有關(guān)物質(zhì)制備的化學(xué)工藝流程，涉及關(guān)鍵環(huán)節(jié)化學(xué)方程式的書(shū)寫、檢驗(yàn)沉淀是否洗凈、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、根據(jù)溶度積求平衡常數(shù)和沉淀被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量等。