Question

2．工业上制备BaCl₂的工艺流程图如图：

某研究小组在实验室用重晶石（主要成分BaSO₄）对工业过程进行模拟实验．查表得
BaSO₄（s）+4C（s）$\stackrel{高温}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1     ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\stackrel{高温}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1     ②
（1）气体用过量NaOH溶液吸收得到硫化钠，Na₂S水解的离子方程式为S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-．
（2）向BaCl₂溶液中加入AgNO₃和KBr，当两种沉淀共存时，$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{I}^{-}）}$=2.7×10^-3．
（3）反应C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高温}{?}$2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1．
（4）实际生产中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量）
①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温．

Answer 1

分析 实验室用重晶石（主要成分BaSO₄）加入碳高温反应得到BsS，溶于盐酸生成氯化钡溶液和硫化氢气体，BaCl₂溶液蒸发浓缩，结晶析出过滤得到晶体，
（1）Na₂S水解呈碱性，且有两步水解，以第一步水解为主；
（2）根据溶度积常数计算$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$=$\frac{Ksp（AgBr）}{c（A{g}^{+}）}$：$\frac{Ksp（AgCl）}{c（A{g}^{+}）}$=$\frac{Ksp（AgBr）}{Ksp（AgCl）}$；
（3）利用盖斯定律计算反应热，BaSO₄（s）+4C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1 ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1 ②
将以上两个热化学方程式相减，然后除以2可得：；
（4）加入过量C可提高冰晶石的转化率，同时维持反应进行．

解答 解：（1）Na₂S水解呈碱性，且有两步水解，以第一步水解为主，第一步水解生成离子HS^-，第二步水解生成H₂S，水解的离子方程式分别为S^2-+H₂O?HS^-+OH^-；
HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，故答案为：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-；
（2）当两种沉淀共存时，Ag⁺离子浓度相同，根据溶度积常数计算，c（Br^-）=$\frac{Ksp（AgBr）}{c（A{g}^{+}）}$，c（Cl^-）=$\frac{Ksp（AgCl）}{c（A{g}^{+}）}$，则$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$=$\frac{5.4×1{0}^{-13}}{2.0×1{0}^{-10}}$=2.7×10^-3．
故答案为：2.7×10^-3；
（3）利用盖斯定律求解：
BaSO₄（s）+4C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1 ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1 ②
将以上两个热化学方程式相减，然后除以2可得：
C（s）+CO₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO（g）△H=$\frac{571.2KJ/mol-226.2KJ/mol}{2}$=+172.5kJ•mol^-1，
故答案为：+172.5；
（4）加入过量C可提高冰晶石的转化率，以上反应为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温，
故答案为：使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量）；①②为吸热反应；炭和氧气反应放热维持反应所需高温．

点评 本题考查较为综合，题目具有一定难度，涉及盐类的水解、难溶电解质的溶解平衡、反应热的计算等问题，本题注意溶度积常数的利用．