Question

2．制备过氧化氢的传统方法是在过氧化钡中加入稀硫酸．以重晶石（BaSO₄）为原料制备过氧化氢的流程如下：

回答下列问题：
（1）图中气体①由两种气体组成，其中一种有刺激性气味，则另一种气体是①②（填编号）
①CO　　 　②CO₂
（2）BaS不能存在于水中，BaS溶于水后，S元素主要以HS^-的形式存在，用化学方程式表示其原因：2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂．
（3）已知：Ba（OH）₂（aq）+CO₂（g）═BaCO₃（s）+H₂O（l）△H=-162kJ•mol^-1
2H₂S（g）+Ba（OH）₂（aq）═Ba（HS）₂（aq）+2H₂O（l）△H=-191kJ•mol^-1
Ba（HS）₂（aq）+CO₂（g）+H₂O（l）═BaCO₃（s）+2H₂S（g）△H=+29kJ•mol^-1
需将溶液A加热的原因是上述反应为吸热反应，加热可使平衡向正反应方向移动，提高BaCO₃产率．
（4）操作③为过滤．气体②进一步加工能成为上述流程中的一种原料，该原料是H₂SO₄．
（5）通入的CO₂若含有O₂会有BaSO₄生成，所以通常增大溶液的pH以提高CO₃^2-浓度，把BaSO₄转化为BaCO₃．若测得SO₄^2-的浓度为1.0×10^-4mol•L^-1，则CO₃^2-的浓度需大于多少才不致于生成BaSO₄沉淀？（写出计算过程，结果保留两位有效数字）[已知K_sp（BaSO₄）=1.0×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9]．

Answer 1

分析 以重晶石（BaSO₄）为原料制备过氧化氢的流程：由BaSO₄和单质碳高温生成气体：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BaS+4CO↑．碳、一氧化碳高温燃烧生成气体CO₂，BaS溶于H₂O遇二氧化碳反应：BaS+H₂O+CO₂=BaCO₃↓+H₂S，硫化氢燃烧生成二氧化硫，含BaS的固体热水浸泡，2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂，过滤得到溶液A，通二氧化碳：Ba（HS）₂+CO₂+H₂O=BaCO₃↓+2H₂S，Ba（OH）₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O，气体②为硫化氢，BaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BaO+CO₂↑，2BaO+O₂$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$2BaO₂，BaO₂+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂O₂，过滤得产品，据此分析解答．

解答 解：（1）由于BaSO₄和单质碳高温生成气体：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BaS+4CO↑，碳、一氧化碳高温燃烧生成气体CO₂，BaS溶于H₂O遇二氧化碳反应：BaS+H₂O+CO₂=BaCO₃↓+H₂S，硫化氢燃烧生成二氧化硫，所以图1中的气体①可能①CO②CO₂③SO₂都有；
故答案为：①②；
（2）在硫化钡中，硫离子水解而使得硫化钡显碱性，有碱Ba（OH）₂生成，硫离子水解生成HS^-，即2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
故答案为：2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
（3）Ba（OH）₂（aq）+CO₂（g）=BaCO₃（s）+H₂O（l）△H=-162kJ•mol^-1①
2H₂S（g）+Ba（OH）₂（aq）=Ba（HS）₂（aq）+2H₂O（l）△H=-191kJ•mol^-1②
根据盖斯定律将①-②得：Ba（HS）₂（aq）+CO₂（g）+H₂O（l）=BaCO₃（s）+2 H₂S（g）△H=+29kJ•mol^-1，该反应为吸热反应，加热可使平衡向正反应方向移动，提高BaCO₃产率；
故答案为：+29；上述反应为吸热反应，加热可使平衡向正反应方向移动，提高BaCO₃产率；
（4）BaO₂与H₂SO₄反应生成BaSO₄沉淀和H₂O₂，经过过滤BaSO₄沉淀，可得到H₂O₂；气体②的主要成分为H₂S气体，H₂S气体和与氧气反应生成二氧化硫、二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫和水反应生成硫酸，所以硫化氢可用来制造H₂SO₄；
故答案为：过滤；H₂SO₄；
（5）有BaSO₄沉淀的溶液中：K_sp（BaSO₄）=cC（Ba²⁺）•C（SO₄^2-）=1×10^-10，若测得SO₄^2-的浓度为1×10^-4mol•L^-1，则：cC（Ba²⁺）=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-10}}{1×1{0}^{-4}}$=1×10^-6mol•L^-1，即该溶液中Ba²⁺的浓度为1×10^-6mol•L^-1，要生成BaCO₃沉淀，需要满足cC（Ba²⁺）•C（CO₃^2-）≥K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9
C（CO₃^2-）≥$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-6}}$=2.5×10^-3mol•L^-1；
答：CO₃^2-的浓度需大于2.5×10^-3mol•L^-1才不致于生成BaSO₄沉淀．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．