Question

11．磷石膏是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，主要成分是CaSO₄•2H₂O，
研究其综合利用对防止环境污染与资源浪费意义重大．回答下列问题：
（1）CaSO₄•2H₂O脱水反应相关的热化学方程式为：
CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2kJ•mol^-1
CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H₂=+26kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H₃-44kJ•mol^-1
则反应CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g）的△H₄=30.8．
（2）用合适的还原剂可以将CaSO₄还原，所得SO₂可用于工业生产硫酸．
①以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物．不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示．在低于800℃时主要还原产物为CaS（填化学式）；高于800℃时主要发生的反应的化学方程式为CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑．

②以高硫煤为还原剂焙烧2.5小时．不同条件对硫化钙转化率的影响如图2所示．CaCl₂的作用是作催化剂；当温度高于1200℃时，无论有无CaCl₂，CaSO₄的转化率趋于相同，其原因是两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl₂不改变平衡的移动．

Answer 1

分析 （1）依据已知热化学方程式构建目标方程式，根据盖斯定律计算得到目标方程式的反应热；
（2）①从图示1可知在低于800℃时主要还原产物为CaS，高于800℃时主要发生硫化钙和硫酸钙反应生成氧化钙和二氧化硫；
②无氯化钙和有氯化钙存在的反应，最终平衡相同，仅改变反应历程，所以CaCl₂为催化剂；当温度高于1200℃时，达到平衡，因催化剂不能改变平衡，所以无论有无CaCl₂，CaSO₄的转化率趋于相同．

解答 解：（1）已知①CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2kJ•mol^-1
②CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H₂=+26kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃-44kJ•mol^-1
将②-③×2-①得CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g），则△H₄=[26kJ•mol^-1-（-44kJ•mol^-1）×2-83.2kJ•mol^-1]=30.8kJ•mol^-1，
故答案为：30.8；
（2）①从图示1可知，在低于800℃时，CaS成分的物质的量为1，而CaO的物质的量几乎为0，所以在低于800℃时主要还原产物为CaS，高于800℃时主要发生硫化钙和硫酸钙反应CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑，氧化钙的物质的量增加，硫化钙的物质的量减小，
故答案为：CaS；CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑；
②催化剂仅能改变反应的速率，改变反应历程，但不能改变化学平衡，从图示可知，当温度高于1200℃时，无论有无CaCl₂，CaSO₄的转化率趋于相同，所以CaCl₂的作用是作催化剂，当温度高于1200℃时，无论有无CaCl₂，CaSO₄的反应两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl₂不改变平衡的移动，
故答案为：作催化剂；两种情况下反应均达到平衡，催化剂CaCl₂不改变平衡的移动．

点评 本题考查反应热的计算、化学平衡移动影响因素、化学方程式的书写，掌握盖斯定律的熟练应用以及催化剂对平衡的影响是解答关键，题目难度中等．