Question

20．某研究小组在实验室用重晶石（主要成分BaSO₄）对工业生产BaS进行模拟实验．BaS是可溶盐，在工业生产中，它是制备其他钡盐的中间产物．
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
（1）钡餐是医学上广泛用于检查胃病的材料，请写出由重晶石制备高纯BaSO₄的两步化学反应方程式
BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO+BaS或BaSO₄+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂+BaS，BaS+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂S↑．
（2）反应C（s）+CO₂（g） $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2CO（g）的△H₃=+172.5kJ•mol^-1．
（3）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），为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温，
（4）在生产过程中会产生大量的CO₂．常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1．若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K₁=4.2×10^-7mol•L^-1．（已知：10^-5.60=2.5×10^-6）
（5）常温下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液呈碱性，则溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

分析 重晶石高温煅烧还原法制备BaCl₂的过程为重晶石加入碳高温焙烧，得到物质加入盐酸溶解过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体；
（1）先将C与重晶石高温加热制得BaS，再用稀硫酸的BaS反应，可得高纯度的BaSo₄，可结合质量守恒和原子守恒写出发生反应的化学方程式；
（2）利用盖斯定律计算反应热；
（3）加入过量C可提高重晶石的转化率，同时维持反应进行；
（4）常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1，可结合电离平衡常数公式进行计算；
（5）碳酸氢钠溶液呈碱性，是HCO₃^-的水解程度大于电离程度．

解答 解：（1）重晶石与碳在高温下反应的化学方程式为BaSO₄+4C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 4CO+BaS 或 BaSO₄+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2CO₂+BaS，生成的硫化钡与稀硫酸发生复分解反应，化学方程式为BaS+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂S↑，故答案为：BaSO₄+4C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 4CO+BaS 或 BaSO₄+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2CO₂+BaS；BaS+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂S↑；
（2）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}$=+172.5kJ•mol^-1，
故答案为：+172.5；
（3）加入过量C可提高重晶石的转化率，以上反应为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温，
故答案为：使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量）；①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温；
（4）H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺平衡时，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1，c（H⁺）=10^-5.6mol•L^-1，c（HCO₃^-）=10^-5.6mol•L^-1，碳酸的电离平衡常数K₁=$\frac{c（{H}^{+}）×c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{1{0}^{-5.6}×1{0}^{-5.6}}{1.5×1{0}^{-5}}$=4.2×10^-7mol•L^-1，故答案为：4.2×10^-7mol•L^-1；
（5）碳酸氢钠溶液里HCO₃^-的水解程度大于电离程度，则水解生成的碳酸的浓度大于电离生成的碳酸根离子浓度，故答案为：＞．

点评 本题考查了沉淀的转化、平衡常数的计算、溶度积的计算等，题目难度中等，侧重于考查学生的计算能力和分析能力．