题目内容

7．磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4•2H2O．
（1）CaSO4•2H2O脱水反应相关的热化学方程式为：
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
则反应CaSO4•$\frac{1}{2}$H2O（s）═CaSO4（s）+$\frac{1}{2}$H2O（g）的△H4=30.8kJ•mol-1．
（2）用合适的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸．

①以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物．不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示．在低于800℃时主要还原产物为CaS；高于800℃时主要发生的反应的化学方程式为CaS+3CaSO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO2↑．
②以高硫煤为还原剂焙烧2.5 小时，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示．CaCl2的作用是作催化剂；当温度高于1200℃时，无论有无CaCl2，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl2不改变平衡的移动．
③以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同$\frac{C}{S}$值（炭粉与CaSO4的物质的量之比）的混合物在1100℃加热，结果如图3所示．当$\frac{C}{S}$值为0.5时，反应产物为CaO、SO2和CO2；当$\frac{C}{S}$值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其主要原因可能是高温下，过量的C与CO2反应生成CO，使气体总体积增大（或部分转化为其他含硫物质）．
（3）已知Ksp（CaSO4）=7.10×10-5，Ksp（CaCO3）=6.2125×10-7，利用反应CaSO4（s）+（NH4）2CO3（aq）?CaCO3（s）+（NH4）2SO4（aq）可以将磷石膏转化为硫酸铵．若反应达到平衡后溶液中c（SO42-）=2.0mol•L-1，此时溶液中c（CO32-）=1.75×10-2 mol•L-1．

分析 （1）依据已知热化学方程式构建目标方程式，根据盖斯定律计算得到目标方程式的反应热；
（2）①从图示1可知在低于800℃时主要还原产物为CaS，高于800℃时主要发生硫化钙和硫酸钙反应生成氧化钙和二氧化硫；
②无氯化钙和有氯化钙存在的反应，最终平衡相同，仅改变反应历程，所以CaCl2为催化剂；当温度高于1200℃时，达到平衡，因催化剂不能改变平衡，所以无论有无CaCl2，CaSO4的转化率趋于相同；
③碳和二氧化碳在高温条件下反应生成气体一氧化碳，所以当$\frac{C}{S}$值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，也可能硫转化成其它物质；
（3）反应的离子方程式为CaSO4（s）+CO32-（aq）?SO42-（aq）+CaCO3（s），根据Ksp（CaSO4）=c（Ca2+）×c（SO42-），Ksp（CaCO3）=c（Ca2+）×c（CO32-）计算c（CO32-）．

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
将②-③×2-①得CaSO4•$\frac{1}{2}$H2O（s）═CaSO4（s）+$\frac{1}{2}$H2O（g），则△H4=[26kJ•mol-1-（-44kJ•mol-1）×2-83.2kJ•mol-1]=30.8kJ•mol-1，
故答案为：30.8；
（2）①从图示1可知，在低于800℃时，CaS成分的物质的量为1，而CaO的物质的量几乎为0，所以在低于800℃时主要还原产物为CaS，高于800℃时主要发生硫化钙和硫酸钙反应CaS+3CaSO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO2↑，氧化钙的物质的量增加，硫化钙的物质的量减小，
故答案为：CaS；CaS+3CaSO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO2↑；
②催化剂仅能改变反应的速率，改变反应历程，但不能改变化学平衡，从图示可知，当温度高于1200℃时，无论有无CaCl2，CaSO4的转化率趋于相同，所以CaCl2的作用是作催化剂，当温度高于1200℃时，无论有无CaCl2，CaSO4的反应两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl2不改变平衡的移动，
故答案为：作催化剂；两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl2不改变平衡的移动；
③当$\frac{C}{S}$值大于0.7时，高温下，过量的C与CO2反应生成CO气体，反应产物为CaO、SO2和CO2、CO，使气体总体积增大，也可能硫酸钙部分转化为其他含硫物质，
故答案为：高温下，过量的C与CO2反应生成CO，使气体总体积增大（或部分转化为其他含硫物质）；
（3）反应的离子方程式为CaSO4（s）+CO32-（aq）?SO42-（aq）+CaCO3（s），若反应达到平衡后溶液中c（SO42-）=2.0mol•L-1，已知Ksp（CaSO4）=c（Ca2+）×c（SO42-）=7.10×10-5，c（Ca2+）=3.55×10-5mol•L-1，Ksp（CaCO3）=6.2125×10-7，Ksp（CaCO3）=c（Ca2+）×c（CO32-），c（CO32-）=1.75×10-2 mol•L-1，
故答案为：1.75×10-2 mol•L-1．

点评 本题考查反应热的计算、化学平衡移动影响因素、沉淀溶解平衡的计算，掌握盖斯定律的熟练应用以及催化剂对平衡的影响是解答关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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12．下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是（　　）
A．CO2H2SB．NH3  HClC．P4   CCl4D．C2H4 CH4
13．已知，下列说法错误的是（　　）
A．X分子中所有碳原子一定在同一平面上
B．X与乙烯不属于同系物
C．Y可发生取代反应、氧化反应
D．Y的含有相同官能团的同分异构体有8种（不考虑立体异构）
15．下列电极反应式与出现的环境相匹配的是（　　）
选项电极反应式出现的环境
AO2+2H2O+4e-═4OH-碱性环境下氢氧燃料电池的负极反应
B4OH--4e-═O2↑+2H2O弱酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀
CCu-2e-═Cu2+用铜做电极电解NaOH溶液的阳极反应
DH2-2e-═2H+用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应
A．AB．BC．CD．D
2．绿矾（FeSO4•7H2O）可作还原剂、着色剂、制药等，在不同温度下分解，产物可能有各种铁的氧化物、硫的氧化物、氧气、水．
已知SO3是一种无色晶体，熔点16.8℃，沸点44.8℃，氧化性及脱水性较浓硫酸强，能漂白某些有机染料，如品红等．回答下列问题：

（1）甲组同学按照如图（A-C）所示装置进行实验，通过实验检验绿矾的分解产物，装置B中可观察到的现象是品红溶液褪色，甲组由此得出绿矾的分解产物中含有SO2，装置C的作用是吸收尾气，防止SO2（SO3）等气体扩散到空气中污染环境；乙组同学认为甲组同学的实验结论不严谨，认为需要补做实验，乙对甲组同学做完实验的B装置的试管加热，发现褪色的品红溶液未恢复红色，可证明绿矾分解的产物中BC（填字母）．
A．不含SO2B．可能含SO2C．一定含有SO3
（2）丙组同学选用甲组同学的部分装置和图（D-G）装置设计出了一套检验绿矾分解后所有气态产物的装置：
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为AEFBDG（填装置序号）；
②能证明分解产物中有O2的实验操作及现象是把G中的导管移出水面，撤走酒精灯，用姆指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气；
③能证明分解产物中有SO2的实验现象是品红溶液退色．
（3）为证明绿矾分解产物中含有三价铁，选用的实验仪器有试管，药匙、胶头滴管；选用的试剂为盐酸、KSCN溶液．
12．氮化铝（AlN）是一种新型无机非金属材料，为了分析某AlN样品（样品中的杂质不与NaOH溶液反应）中AlN的含量，某实验小组设计了如下两种实验方案．已知：AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑
【方案1】取一定量的样品，用图1装置测定样品中AlN的纯度（夹持装置已略去）．

（1）图1C装置中球形干燥管的作用是防止倒吸．
（2）完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先检查装置的气密性，再加入实验药品．接下来的实验操作是关闭K1，打开K2，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体．打开K1，通入氮气一段时间，测定C装置反应前后的质量变化．通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入C装置．
（3）由于上述装置还存在缺陷，导致测定结果偏高，请提出改进意见C装置出口处连接一个干燥装置．
【方案2】按图2步骤测定样品中A1N的纯度：
（4）图2步骤②生成沉淀的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al（OH）3↓．
（5）图2步骤③的操作是过滤、洗涤．A1N的纯度是$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%（用m1、m2表示）．
19．已知在298K和101kPa条件下，有如下反应：
反应Ⅰ：C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ•mol-1
反应Ⅱ：2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2=-221kJ•mol-1
反应Ⅲ：N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H3=+180.5kJ•mol-1
试回答下列问题：
（1）汽车尾气净化原理为反应Ⅳ：2NO（g）+2CO（g）?N2（g）+2CO2（g）△H=-746.5 kJ•mol-1，该反应能自发进行的条件是低温．（填“高温”、“低温”或“任意温度”）．
（2）如果在一定温度下，体积为 2 升的密闭容器中发生化学反应Ⅳ，0～4min各物质物质的量的变化如下表所示：
物质（mol）
时间		NOCON2CO2
起始0.401.0
2min 末2.00.801.6
4min 末1.6
①求 0～2min 内用 CO 来表示的平均反应速率 v（CO）=0.10mol•Lˉ1•minˉ1．
②试计算该温度下反应Ⅳ的化学平衡常数 K=1.6．
（3）若一定温度下，在容积可变的密闭容器中，上述反应Ⅳ达到平衡状态，此时容积为3L，c（N2）随时间 t 的变化曲线 x 如图所示．
①若在 t2min时改变一个条件，c（N2）随反应时间 t 的变化如曲线 y 所示，则改变的条件是快速将容器体积由3L压缩到2L．
②若在t2min时升高温度，t3min时重新达到平衡，请在图中画出在 t2～t4内 c（N2）的变化曲线．
16．下列叙述或事实，能用勒夏特列原理解释的是（　　）
A．为除去酸性CuCl2溶液中含有的少量Fe3+，可在加热、搅拌的条件下加入氨水，过滤后，再向滤液中加入适量盐酸
B．在工业合成NH3的反应中，采取高温措施
C．恒温下，对平衡体系H2（g）+Br2（g）?2HBr（g）加压，可使气体颜色变深
D．向饱和氯化钠溶液中不断缓慢地通入HCl气体，会析出晶体
17．下列化学用语表述正确的是（　　）
A．氯气的电子式：B．氮气的结构式：
C．F一的结构示意图：D．H2O2的电子式：

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