Question

18．BaCl₂•xH₂O是用途广泛的基础化工产品．我国目前主要是用盐酸和硫化钡（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）反应生产BaCl₂•xH₂O，工艺流程如图所示．

已知：室温时K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ中生成的H₂S用足量氨水吸收，一定条件下向所得溶液中通入空气，又可得到单质硫并使吸收液再生，再生反应的化学方程式为2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O═4NH₃•H₂O+2S↓．
（2）所得氯化钡粗液中含硫化合物（H₂S、HS^-等）影响产品质量，可鼓入预热后的空气吹除，预热空气的目的是升高温度，减小气体在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氢；沉淀A的主要成分是S．
（3）热空气吹除时会有部分HS^-转变为S₂O${\;}_{3}^{2-}$，使产品仍达不到纯度要求，可再进行酸化脱硫，酸化脱硫时的离子方程式为S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+SO₂↑+H₂O．
（4）室温时，若加碱调溶液pH调至9，则完全沉淀的离子是Fe³⁺，另一离子浓度为0.18mol/L（当溶液中离子浓度小于1×10^-5 mol/L时认为该离子完全沉淀）．
若向0.1mol/L FeCl₃溶液中加入一定量等浓度的Na₂CO₃溶液，出现的现象产生红褐色沉淀并有气体放出，发生反应的离子方程式2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
（5）将足量的SO₂气体通入BaCl₂溶液中有无明显现象无（填“有”或“无”），向NaOH溶液中通入足量的SO₂气体，写出所得溶液离子浓度的大小顺序c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 用盐酸和硫化钡（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）反应生产BaCl₂•xH₂O，硫化钡（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）和盐酸反应生成硫化氢气体，所得氯化钡粗液中含硫化合物（H₂S、HS^-等）影响产品质量，可鼓入预热后的空气吹除，硫化氢被氧气氧化生成沉淀A为单质硫，加入碱溶液调节溶液PH除去Mg²⁺和Fe³⁺，得到沉淀B为Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，得到氯化钡溶液蒸发浓缩得到氯化钡晶体，其中得到的母液循环使用，
（1）H₂S用足量氨水吸收，会生成硫化铵，空气中的氧气能将硫化铵氧化成硫单质，据此写化学方程式；
（2）预热后的空气能使溶液温度升高，从而减小气体在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氢，同时空气中有氧气，能将部分硫化氢氧化成硫单质而形成沉淀；
（3）S₂O₃^2-在酸性条件下发生自身氧化还原反应生成二氧化硫和硫单质，根据电荷守恒和元素守恒可写出离子方程式；
（4）根据K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11可知，要使Mg ²⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=1.34×10^-3mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.34×1{0}^{-3}}$=7.5×10-12mol/L，则沉淀完全的PH值为12-lg7.5，根据K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38要使Fe ³⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4×1{0}^{-33}}$mol/L=1.6×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=4-lg6.25，所以当Mg ²⁺沉淀完全时Fe ³⁺早已沉淀完全，依据溶度积常数计算镁离子浓度；若向0.1mol/L FeCl₃溶液中加入一定量等浓度的Na₂CO₃溶液发生双水解反应生成氢氧化铁、二氧化碳；
（5）二氧化硫和氯化钡溶液不发生反应，向NaOH溶液中通入足量的SO₂气体反应生成亚硫酸氢钠溶液，亚硫酸氢根离子电离大于水解程度溶液显酸性．

解答 解：（1）H₂S用足量氨水吸收，会生成硫化铵，空气中的氧气能将硫化铵氧化成硫单质，反应的化学方程式为2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓，
故答案为：2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓；
（2）预热后的空气能使溶液温度升高，从而减小气体在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氢，同时空气中有氧气，能将部分硫化氢氧化成硫单质而形成沉淀，
故答案为：升高温度，减小气体在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氢；S；
（3）S₂O₃^2-在酸性条件下发生自身氧化还原反应生成二氧化硫和硫单质，反应的离子方程式为S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O，
故答案为：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O；
（4）根据K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11可知，要使Mg ²⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=1.34×10^-3mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.34×1{0}^{-3}}$=7.5×10-12mol/L，则沉淀完全的PH值为12-lg7.5，根据K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38要使Fe ³⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4×1{0}^{-33}}$mol/L=1.6×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=4-lg6.25，所以当Mg ²⁺沉淀完全时Fe ³⁺早已沉淀完全，依据溶度积常数计算镁离子浓度c（Mg²⁺）$\frac{1.8×1{0}^{-11}}{（\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}）^{2}}$=0.18mol/L，若向0.1mol/L FeCl₃溶液中加入一定量等浓度的Na₂CO₃溶液发生双水解反应生成氢氧化铁、二氧化碳，现象为产生红褐色沉淀并有气体放出，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案为：Fe³⁺；0.18； 产生红褐色沉淀并有气体放出；2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
（5）二氧化硫和氯化钡溶液不发生反应，将足量的SO₂气体通入BaCl₂溶液中有无明显现象，向NaOH溶液中通入足量的SO₂气体反应生成亚硫酸氢钠溶液，亚硫酸氢根离子电离大于水解程度溶液显酸性，溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案为：无；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

点评 本题考查了BaCl₂•2H₂O制备实验方案的设计方法，题目难度中等，为高考的热点，正确理解制备流程、反应原理为解答关键，涉及知识点较多，有一定的综合性，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．