Question

重晶石（BaSO₄）是重要的化工原料，制备氢氧化钡晶体（Ba（OH）₂?8H₂O）的流程如下：
已知：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ?mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1
Ba（s）+S（s）=BaS（s）△H=-460kJ?mol^-1
（1）写出煅烧时发生反应的热化学方程式：

 

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（2）写出氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合反应的化学方程式：

 

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（3）为检测煅烧时产生的CO，可将煅烧产生的气体通入PdCl₂溶液中，出现黑色沉淀和产生一种无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体，试写出该反应的化学方程式：

 

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（4）向BaSO₄沉淀中加入饱和Na₂CO₃溶液，充分搅拌，弃去上层清液，如此处理多次，可使BaSO₄全部转化为BaCO₃．发生的反应可表示为：BaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），现有0.20mol BaSO₄，加入1.0L 2.0mol?L^-1饱和Na₂CO₃溶液处理，假设c（SO₄^2-）_起始≈0，平衡时，K=4.0×10^-2，求反应达到平衡时发生转化的BaSO₄的物质的量．（写出计算过程，结果保留2位有效数字）
（5）试从平衡的角度解释BaSO₄可转化为BaCO₃的原因：

 

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Answer 1

考点：热化学方程式,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：氧化还原反应专题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算分析得到所需热化学方程式；
（2）氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合反应生成氯化钡、氨气和水；
（3）为检测煅烧时产生的CO，可将煅烧产生的气体通入PdCl₂溶液中，出现黑色沉淀和产生一种无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体，气体为二氧化碳，由题意“CO与 PdCl₂溶液反应产生黑色金属钯粉末，反应中有水参加”，可知反应物为CO、PdCl₂、H₂O；然后根据质量守恒定律及常见物质的组成判断生成物；
（4）设发生转化的BaSO₄的物质的量为x mol，则平衡时c（SO₄^2-）为x mol/L，利用三段式计算平衡时碳酸根的浓度，代入平衡常数计算；
（5）依据沉淀溶解平衡平衡移动游戏因素分析，结合溶度积常数分析判断．

解答： 解：（1）①Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ?mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1
③Ba（s）+S（s）=BaS（s）△H=-460kJ?mol^-1
依据盖斯定律②×2+③-①得到：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ?mol^-1，
故答案为：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ?mol^-1 ；
（2）氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合反应生成氯化钡、氨气和水，反应的化学方程式为：Ba（OH）₂?8H₂O+2NH₄Cl=BaCl₂+2NH₃↑+10H₂O，
故答案为：Ba（OH）₂?8H₂O+2NH₄Cl=BaCl₂+2NH₃↑+10H₂O；
（3）由题意“CO与 PdCl₂溶液反应产生黑色金属钯粉末，反应中有水参加”，可知反应物为CO、PdCl₂、H₂O；根据质量守恒定律及常见物质的组成可推出生成物为：黑色金属钯粉末、氯化氢、二氧化碳，故可书写此反应的化学方程式为：CO+PdCl₂+H₂O═2HCl+Pd↓+CO₂，
故答案为：CO+PdCl₂+H₂O=Pd↓+CO₂+2HCl；
（4）设发生转化的BaSO₄的物质的量为x，则平衡时c（SO₄^2-）为x mol?L^-1   
                   BaSO₄+CO₃^2-?BaCO₃+SO₄^2-
起始浓度（mol?L^-1）：2.0                0
转化浓度（mol?L^-1）：x                  x
平衡浓度（mol?L^-1）：（2.0-x）           x 
K=

c(SO42-)

c(CO32-)

=

x

2.0-x

=4.0×10^-2
x=7.7×10^-2 mol，
答：发生转化的BaSO₄的物质的量为7.7×10^-2 mol；
（5）BaSO₄沉淀中存在沉淀溶解平衡：BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），加入饱和碳酸钠溶液，CO₃^2-浓度增大，c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）＞Ksp（BaCO₃），生成BaCO₃沉淀，c（Ba²⁺）减小，使BaSO₄沉淀向溶解方向移动，BaSO₄转化为BaCO₃，
故答案为：BaSO₄沉淀中存在沉淀溶解平衡：BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），加入饱和碳酸钠溶液，CO₃^2-浓度增大，c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）＞Ksp（BaCO₃），生成BaCO₃沉淀，c（Ba²⁺）减小，使BaSO₄沉淀向溶解方向移动，BaSO₄转化为BaCO₃．

点评：本题考查热化学方程式的书写、影响化学平衡的因素、化学平衡常数有关计算、沉淀转化等，难度中等，本题综合性较大，是对热点知识的考查．