Question

20．某研究小組在實驗室用重晶石（主要成分BaSO₄）對工業(yè)生產(chǎn)BaS進行模擬實驗．BaS是可溶鹽，在工業(yè)生產(chǎn)中，它是制備其他鋇鹽的中間產(chǎn)物．
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
（1）鋇餐是醫(yī)學上廣泛用于檢查胃病的材料，請寫出由重晶石制備高純BaSO₄的兩步化學反應方程式
BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CO+BaS或BaSO₄+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO₂+BaS，BaS+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂S↑．
（2）反應C（s）+CO₂（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CO（g）的△H₃=+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，其目的是使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產(chǎn)量），為吸熱反應，炭和氧氣反應放熱維持反應所需高溫，
（4）在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的CO₂．常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達到平衡時，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K₁=4.2×10^-7mol•L^-1．（已知：10^-5.60=2.5×10^-6）
（5）常溫下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液呈堿性，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

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）先將C與重晶石高溫加熱制得BaS，再用稀硫酸的BaS反應，可得高純度的BaSo₄，可結(jié)合質(zhì)量守恒和原子守恒寫出發(fā)生反應的化學方程式；
（2）利用蓋斯定律計算反應熱；
（3）加入過量C可提高重晶石的轉(zhuǎn)化率，同時維持反應進行；
（4）常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達到平衡時，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1，可結(jié)合電離平衡常數(shù)公式進行計算；
（5）碳酸氫鈉溶液呈堿性，是HCO₃^-的水解程度大于電離程度．

解答 解：（1）重晶石與碳在高溫下反應的化學方程式為BaSO₄+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 4CO+BaS 或 BaSO₄+2C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CO₂+BaS，生成的硫化鋇與稀硫酸發(fā)生復分解反應，化學方程式為BaS+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂S↑，故答案為：BaSO₄+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 4CO+BaS 或 BaSO₄+2C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CO₂+BaS；BaS+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂S↑；
（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}$=+172.5kJ•mol^-1，
故答案為：+172.5；
（3）加入過量C可提高重晶石的轉(zhuǎn)化率，以上反應為吸熱反應，炭和氧氣反應放熱維持反應所需高溫，
故答案為：使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產(chǎn)量）；①②為吸熱反應，炭和氧氣反應放熱維持反應所需高溫；
（4）H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺平衡時，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1，c（H⁺）=10^-5.6mol•L^-1，c（HCO₃^-）=10^-5.6mol•L^-1，碳酸的電離平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（{H}^{+}）×c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{1{0}^{-5.6}×1{0}^{-5.6}}{1.5×1{0}^{-5}}$=4.2×10^-7mol•L^-1，故答案為：4.2×10^-7mol•L^-1；
（5）碳酸氫鈉溶液里HCO₃^-的水解程度大于電離程度，則水解生成的碳酸的濃度大于電離生成的碳酸根離子濃度，故答案為：＞．

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)重于考查學生的計算能力和分析能力．