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單的表示如下：

（1）若“煅燒”時產(chǎn)生一種有毒的還原性氣體，則反應的化學方程式為______。

（2）工業(yè)上煅燒重晶石礦粉時，為使BaSO₄得到充分的還原和維持及應所需的高溫，應采取的措施是______。

a．加人過量的炭，同時通入空氣   b．設法將生成的BaS及時移出

（3）在第一次過濾后洗滌，檢驗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在實驗室將少量BaSO₄固體全部轉(zhuǎn)化為BaCO₃的實驗操作方法與步驟為______。

②與高溫煅燒還原法相比，沉淀轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點主要有______。

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，該反應的平衡常數(shù)為______。如用1.00 L 0. 210 mol • L^－1 Na₂CO₃溶液處理，試計算BaSO₄被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量______(要有計算過程，結果保留3位有效數(shù)字)。

 

Answer 1

【答案】

（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，充分攪拌，靜置、棄去上層清液；如此操作，反復多次（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，生成BaS和CO，硫元素由+6降為—2價，碳元素由0升為+2價，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等、原子個數(shù)守恒，則該反應為BaSO₄+4CBaS+4CO↑；（2）加入過量的碳，同時通入空氣，可以使C與氧氣反應，該反應是放熱反應，碳過量不僅能使硫酸鋇充分還原，還能維持反應所需的高溫，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移走，不能使平衡向正反應方向移動，故b錯誤；（3）硫化鋇是強堿弱酸鹽，能溶于水，且與水反應生成氫氧化鋇和硫化氫氣體，氫氧化鋇是可溶性強堿，過量的碳或未完全反應的硫酸鋇等難溶于水，過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是否含有氫氧根離子；（4）根據(jù)濃度對平衡移動的影響規(guī)律，增大碳酸根離子濃度，可以使沉淀平衡右移，則設計的實驗方案為①將適量飽和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固體中，充分攪拌，靜置、棄去上層清液；如此操作，反復多次（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：考查有關物質(zhì)制備的化學工藝流程，涉及關鍵環(huán)節(jié)化學方程式的書寫、檢驗沉淀是否洗凈、設計實驗方案、根據(jù)溶度積求平衡常數(shù)和沉淀被轉(zhuǎn)化的質(zhì)量等。