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：

（1）写出煅烧时发生反应的热化学方程式：____________________________。

（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：_____________________。

（3）为检测煅烧时产生的CO，可将煅烧产生的气体通入PbCl₂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：_____。

（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0.20 mol 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=4.0x10^－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：________________________。

Answer

（17分）

（1）BaSO4(s) + 4C(s)=BaS(s) + 4CO(g)   △H=+571.2 kJ•mol－1 

（4分，其中：方程式2分，ΔH 2分，错漏单位扣1分，状态错漏0分。其他计量数，合理即给分）

（2）Ba(OH)2·8H2O +2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10 H2O （2分，写Ba(OH)2反应给0分）

（3）CO +PbCl2+H2O=Pb↓+CO2↑+2HCl  （2分）

（4）设发生转化的BaSO4的物质的量为xmol，则平衡时c(SO42－)为x mol•L－1（1分）

                BaSO4（s）+CO32－ BaCO3（s）+SO42－

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      （1分）

K===4.0×10－2   （2分，其中列式、代入数值各1分）

x = 7.7×10－2   （2分，单位、有效数字错漏合扣1分）

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) + SO42－(aq) （1分），加入饱和碳酸钠溶液，CO32－浓度增大，使Qc(BaCO3)=c(Ba2+)×c(CO32－)＞Ksp(BaCO3) ，形成碳酸钡的过饱和溶液，因此析出BaCO3沉淀（1分），c(Ba2+)减小，使BaSO4沉淀向溶解方向移动，BaSO4转化为BaCO3（1分）。（合理即给分）

【解析】

试题分析：（1）硫酸钡与焦碳在高温下发生氧化还原反应，生成硫化钡和一氧化碳，硫元素由+6降为—2价，碳元素由0升为+2价，根据化合价升降总数相等配平，则该反应为；BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g)；将已知反应编号为①②③，观察发现，②×2+③—①可得重晶石与焦碳的反应式，根据盖斯定律，BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g)的焓变=②的焓变×2+③的焓变—①的焓变=[—221×2—460—（—1473.2）]kJ/mol=+571.2 kJ/mol；（2）铵盐与强碱能发生复分解反应，生成盐、氨气和水，由此推断：Ba(OH)2·8H2O +2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10 H2O；依题意，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳元素由+2升为+4价，则CO是还原剂，由此推断氯化铅是氧化剂，被还原为黑色的单质铅，根据化合价升降总数相等配平，该反应为CO +PbCl2+H2O=Pb↓+CO2↑+2HCl；（4）设发生转化的BaSO4的物质的量为xmol，则平衡时c(SO42－)为x mol•L－1（1分）

               BaSO4（s）+CO32－ BaCO3（s）+SO42－

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      （1分）

   K===4.0×10－2   （2分，其中列式、代入数值各1分）

x = 7.7×10－2   （2分，单位、有效数字错漏合扣1分）

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) + SO42－(aq)，加入饱和碳酸钠溶液能增大CO32－浓度，使Qc(BaCO3)=c(Ba2+)×c(CO32－)＞Ksp(BaCO3) ，形成碳酸钡的过饱和溶液，因此析出BaCO3沉淀，造成c(Ba2+)减小，使BaSO4沉淀向溶解方向移动，BaSO4转化为BaCO3。

考点：考查有关物质制备的化学工艺流程，涉及盖斯定律、热化学方程式、复分解反应、氧化还原反应、化学方程式、沉淀的转化、化学平衡常数的计算、利用化学平衡移动原理解释沉淀转化的原因等。