Question

13．磷石膏（主要成分是CaSO₄•2H₂O）是磷酸及磷肥類工業(yè)在生產過程中產生的一種廢渣，我國每年排放的磷石膏大約2000萬噸以上，開發(fā)利用磷石膏，保護資源和環(huán)境，符合持續(xù)發(fā)展的觀念．圖1所示為對磷石膏進行綜合利用的路徑之一．

（1）過程Ⅰ中CaSO₄•2H₂O脫水反應相關的熱化學方程式為：
CaSO₄•2H₂O（s）=CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2KJ•mol^-1
CaSO₄•2H₂O（s）=CaSO₄（s）+2H₂O（l）△H₂=+26KJ•mol^-1
H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44KJ•mol^-1
則反應CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）=CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g）的△H₄=+30.8KJ•mol^-1．
（2）過程Ⅱ用合適的還原劑可以將CaSO₄還原，所得SO₂可用于工業(yè)生產硫酸．
①CO作還原劑，改變反應溫度可得到不同的產物．不同溫度下所得固體成分的物質的量如圖2所示．在低于800℃時還原產物為；1200℃時主要發(fā)生的反應的化學方程式為CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑．

②高硫煤作還原劑，焙燒2.5小時，測不同溫度下硫酸鈣的轉化率，如圖3所示．CaCl₂的作用是作催化劑；當溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉化率趨于相同，其原因是催化劑CaCl₂不改變平衡的限度．

③以SO₂為原料，工業(yè)生產硫酸的化學方程式是2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃，SO₃+H₂O=H₂SO₄．
（3）過程III將CaSO₄投入（NH₄）₂CO₃溶液中，發(fā)生反應的離子方程式是CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃↓+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)已知熱化學方程式構建目標方程式，根據(jù)蓋斯定律計算得到目標方程式的反應熱；
（2）①從圖示2可知在低于800℃時主要還原產物為CaS，高于800℃時主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應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，最終平衡相同，僅改變反應歷程，所以CaCl₂為催化劑；當溫度高于1200℃時，達到平衡，因催化劑不能改變平衡，所以無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉化率趨于相同；
③二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫與水反應生成硫酸；
（3）碳酸鈣更難溶，碳酸銨與硫酸鈣反應生成碳酸鈣沉淀和磷酸銨．

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）+2H₂O（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從圖示2可知，在低于800℃時，CaS成分的物質的量為1，而CaO的物質的量幾乎為0，所以在低于800℃時主要還原產物為CaS，高于800℃時主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑，氧化鈣的物質的量增加，硫化鈣的物質的量減小，
故答案為：CaS；CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑；
②催化劑僅能改變反應的速率，改變反應歷程，但不能改變化學平衡，從圖示可知，當溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉化率趨于相同，所以CaCl₂的作用是作催化劑，當溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的反應兩種情況下反應均達到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動，
故答案為：作催化劑；催化劑CaCl₂不改變平衡的限度；
③SO₂與水反應生成SO₂，反應的化學方程式為：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃；三氧化硫與水反應生成硫酸，反應方程式為：SO₃+H₂O=H₂SO₄，
故答案為：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃；SO₃+H₂O=H₂SO₄；
（3）將CaSO₄投入（NH₄）₂CO₃溶液中，實現(xiàn)了沉淀的轉化，反應的離子方程式為：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃↓+SO₄^2-，
故答案為：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃↓+SO₄^2-．

點評 本題考查較為綜合，涉及物質制備、反應熱與焓變的應用、化學平衡的影響等知識，明確實驗目的為解答關鍵，注意掌握蓋斯定律的內容、化學平衡及其影響，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及綜合應用能力．