Question

6．硫酸钡为强酸强碱的难溶性盐，俗名叫重晶石．
（1）以浓硫酸为电解质，按如图装置实验，小灯泡昏暗．请写出浓硫酸的电离方程式H₂SO₄?H⁺+HSO₄^-或2H₂SO₄?H₃SO₄⁺+HSO₄^-；向硫酸中撒入硫酸钡细粉，灯泡会渐渐明亮起来．用化学方程式表示增亮的原因BaSO₄+H₂SO₄=Ba²⁺+2HSO₄^-．
（2）重晶石直接开发利率很难，目前主要是通过两种途径进行开发：
一是把重晶石碾碎撒入饱和碳酸钠溶液中，不停搅拌，尔后过滤，将滤渣投入相应的酸中溶解，转化为相应的水溶性钡盐．用离子方程式表示碳酸钠溶液溶蚀硫酸钡的原理CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-；
其二是高温热还原：BaSO₄+4C═BaS+4CO …①
BaSO₄+4H₂═BaS+4H₂O …②．试比较①②两种还原开发的优劣①原料易得，成本低，不足之处是原料原料率不高，污染严重；
②原料利用率高，不足之处是成本高，有副反应发生，产品纯度低；．CO能不能还原硫酸钡？若认为不能，请说明理由，若能，你认为应该如何促使反应顺利进行，写出反应方程式．BaS热水中易水解，生成的H₂S受热分解，BaSO₄+4CO=BaS+4CO₂
②中氢可利用炼油中的重油C_xH_y催化氧化还原获得．其反应思路式为：2C_xH_y+4xH₂O?2xCO₂+y+4xH₂，配平该反应方程式；指出氧化剂水、C_xH_y；还原剂C_xH_y．
（3）已知：

反应温度	300℃	400℃	500℃	600℃	700℃
平衡常数	3.8	5.7	8.5	9.2	9.8

①正向反应的反应热△H＞0（“＞”“＜”“=”）；
②较理想的反应温度应该控制在500℃．
（4）请运用你所学知识，设计一个新的开发重晶石方案BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O[利用生物催化剂，利用厌氧硫化菌]．
（5）从理论上讲C_xH_y+H₂O→CO₂+H₂的反应是一个焓增、熵增反应（从反应原理角度回答）；该反应的逆向反应：CO₂+H₂→C_xH_y+H₂O开发意义重大，你认为最需要解决的两大问题分别是①利用绿色能源、②寻找理想催化剂（生物催化剂）．

Answer 1

分析 （1）浓硫酸电离生成氢离子和硫酸氢根离子，且部分电离；加硫酸钡后，生成钡离子和硫酸氢根离子，离子浓度增大；
（2）碳酸根离子和硫酸钡反应生成碳酸钡和硫酸根离子；
①原料易得，成本低，不足之处是原料原料率不高，污染严重；
②原料利用率高，不足之处是成本高，有副反应发生，产品纯度低；BaS热水中易水解，生成的H₂S受热分解；
②中C元素失电子发生氧化反应、H元素得电子发生还原反应，所以烃是还原剂、烃和水是氧化剂，根据转移电子配平方程式；
（3）①升高温度，平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动；
②温度过高，平衡常数增大不大，且浪费能源；
（4）根据BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O知，可以利用生物催化剂及厌氧硫化菌；
（5）该反应是一个焓增、熵增反应；利用绿色能源，寻找理想催化剂（生物催化剂），不能对环境产生污染．

解答 解：（1）浓硫酸电离生成氢离子和硫酸氢根离子，且部分电离，所以浓硫酸溶液中离子浓度较少，导电能力较弱，电离方程式为H₂SO₄?H⁺+HSO₄^-或2H₂SO₄?H₃SO₄⁺+HSO₄^-；加硫酸钡后，生成钡离子和硫酸氢根离子，离子浓度增大，灯泡变量，离子反应方程式为BaSO₄+H₂SO₄=Ba²⁺+2 HSO₄^-，
故答案为：H₂SO₄?H⁺+HSO₄^-或2H₂SO₄?H₃SO₄⁺+HSO₄^-；BaSO₄+H₂SO₄=Ba²⁺+2 HSO₄^-；
（2）虽然碳酸钡溶度积大于硫酸钡，但钡离子和碳酸根离子浓度积常数远远大于其溶度积常数，所以促进硫酸钡转化为碳酸钡，离子方程式为CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-；
①原料易得，成本低，不足之处是原料原料率不高，污染严重；
②原料利用率高，不足之处是成本高，有副反应发生，产品纯度低，所以②比①好；
BaS热水中易水解，生成的H₂S受热分解，从而促进硫酸钡转化为BaS，反应方程式为BaSO₄+4CO=BaS+4CO₂ ；
C_xH_y+H₂O→CO₂+H₂中C元素化合价由-$\frac{y}{x}$变为+4价、H元素化合价由+1价变为0价，根据转移电子相等、原子守恒配平方程式为2C_xH_y+4x H₂O?2xCO₂+（y+4x）H₂，氧化剂是水、C_xH_y；还原剂是C_xH_y，
故答案为：CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-；
①原料易得，成本低，不足之处是原料原料率不高，污染严重；
②原料利用率高，不足之处是成本高，有副反应发生，产品纯度低；
BaS热水中易水解，生成的H₂S受热分解，BaSO₄+4CO=BaS+4CO₂；
2；4x；2x；y+4x；水、C_xH_y；C_xH_y
（3）①升高温度，平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，焓变大于0，故答案为：＞；
②温度大于时，温度过高，平衡常数增大不大，对设备要求高，浪费能源和金钱，所以选取温度为500℃，
故答案为：500℃；
（4）根据知BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O，将硫酸钡转化为BaS，且不能造成环境污染，消耗能源较少，可以利用生物催化剂，利用厌氧硫化菌，从而实现转化，
故答案为：BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O[利用生物催化剂，利用厌氧硫化菌]；
（5）根据2C_xH_y+4x H₂O?2xCO₂+（y+4x）H₂知，该反应的正反应是吸热反应，且反应前后气体物质的量增大，所以是一个焓增、熵增的反应；
该反应的逆向反应：CO₂+H₂→C_xH_y+H₂O开发意义重大，该反应在反应过程中不能产生对环境有污染的物质，选取合适的催化剂，降低反应所需活化能，所以最需要解决的两大问题分别是利用绿色能源，寻找理想催化剂（生物催化剂），
故答案为：焓增、熵增反应；利用绿色能源；寻找理想催化剂（生物催化剂）．

点评 本题考查较综合，涉及氧化还原反应方程式的配平、焓变和熵变、难溶物的转化为、电解质的电离等知识点，侧重考查基本理论，难点是方程式的配平，注意：溶液导电能力与离子浓度有关，与电解质强弱无关．