Question

11．磷石膏是在磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時(shí)產(chǎn)生的固體廢渣，主要成分是CaSO₄•2H₂O，
研究其綜合利用對(duì)防止環(huán)境污染與資源浪費(fèi)意義重大．回答下列問題：
（1）CaSO₄•2H₂O脫水反應(yīng)相關(guān)的熱化學(xué)方程式為：
CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2kJ•mol^-1
CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H₂=+26kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H₃-44kJ•mol^-1
則反應(yīng)CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g）的△H₄=30.8．
（2）用合適的還原劑可以將CaSO₄還原，所得SO₂可用于工業(yè)生產(chǎn)硫酸．
①以CO作還原劑，改變反應(yīng)溫度可得到不同的產(chǎn)物．不同溫度下反應(yīng)后所得固體成分的物質(zhì)的量如圖1所示．在低于800℃時(shí)主要還原產(chǎn)物為CaS（填化學(xué)式）；高于800℃時(shí)主要發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑．

②以高硫煤為還原劑焙燒2.5小時(shí)．不同條件對(duì)硫化鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示．CaCl₂的作用是作催化劑；當(dāng)溫度高于1200℃時(shí)，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同，其原因是兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)已知熱化學(xué)方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到目標(biāo)方程式的反應(yīng)熱；
（2）①?gòu)膱D示1可知在低于800℃時(shí)主要還原產(chǎn)物為CaS，高于800℃時(shí)主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應(yīng)生成氧化鈣和二氧化硫；
②無氯化鈣和有氯化鈣存在的反應(yīng)，最終平衡相同，僅改變反應(yīng)歷程，所以CaCl₂為催化劑；當(dāng)溫度高于1200℃時(shí)，達(dá)到平衡，因催化劑不能改變平衡，所以無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同．

解答 解：（1）已知①CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2kJ•mol^-1
②CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H₂=+26kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃-44kJ•mol^-1
將②-③×2-①得CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g），則△H₄=[26kJ•mol^-1-（-44kJ•mol^-1）×2-83.2kJ•mol^-1]=30.8kJ•mol^-1，
故答案為：30.8；
（2）①?gòu)膱D示1可知，在低于800℃時(shí)，CaS成分的物質(zhì)的量為1，而CaO的物質(zhì)的量幾乎為0，所以在低于800℃時(shí)主要還原產(chǎn)物為CaS，高于800℃時(shí)主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應(yīng)CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑，氧化鈣的物質(zhì)的量增加，硫化鈣的物質(zhì)的量減小，
故答案為：CaS；CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑；
②催化劑僅能改變反應(yīng)的速率，改變反應(yīng)歷程，但不能改變化學(xué)平衡，從圖示可知，當(dāng)溫度高于1200℃時(shí)，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同，所以CaCl₂的作用是作催化劑，當(dāng)溫度高于1200℃時(shí)，無論有無CaCl₂，CaSO₄的反應(yīng)兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動(dòng)，
故答案為：作催化劑；兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素、化學(xué)方程式的書寫，掌握蓋斯定律的熟練應(yīng)用以及催化劑對(duì)平衡的影響是解答關(guān)鍵，題目難度中等．