Question

重晶石（BaSO₄）是重要的化工原料,用重晶石制备氢氧化钡晶体[Ba（OH）₂·8H₂O]的流程如下:

已知:Ba（s）+S（s）+2O₂（g）BaSO₄（s） ΔH=-1 473．2 kJ·mol^-1

2C（s）+O₂（g）2CO（g） ΔH=-221 kJ·mol^-1

Ba（s）+S（s）BaS（s） ΔH=-460 kJ·mol^-1

（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,出现黑色沉淀并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1．0 L 2．0 mol·L^-1饱和Na₂CO₃溶液处理,假设c（SO₄^2-）_起始≈0,平衡时,平衡常数K=4．0×10^-2,求反应达到平衡时发生转化的BaSO₄的物质的量。（不考虑溶液体积变化与离子水解,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

（1）BaSO4（s） + 4C（s）= BaS（s）+4CO（g） ΔH=+571．2 kJ·mol-1

（2）Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O

（3）CO+PbCl2+H2O = Pb↓+CO2+2HCl

（4）7．7×10-2 mol

（5）BaSO4存在沉淀溶解平衡:BaSO4（s）Ba2+（aq）+SO42-（aq）,加入饱和碳酸钠溶液,CO32-浓度增大,c（Ba2+）×c（CO32-）>Ksp（BaCO3）,生成BaCO3沉淀,c（Ba2+）减小,使BaSO4沉淀向溶解方向移动,BaSO4转化为BaCO3

【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，该反应为；BaSO4（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）；根据盖斯定律，二式×2+三式—一式可得重晶石与焦碳的反应的热化学方程式为：BaSO4（s） + 4C（s）= BaS（s）+4CO（g） ΔH=+571．2 kJ·mol-1；

（2）铵盐与强碱能发生复分解反应，生成盐、氨气和水，则氢氧化钡晶体与氯化铵混合反应的化学方程式为Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O；

（3）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，该反应的化学方程式为CO+PbCl2+H2O = Pb↓+CO2+2HCl；

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

BaSO4（s）+CO32-（aq）BaCO3 （s）+SO42-（aq）

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

K=c（SO42-）/c（CO32-）=x÷（2．0-x）=4．0×10-2 解得x=7．7×10-2

即发生转化的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，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：考查盖斯定律的应用，化学方程式的书写，沉淀的转化，化学平衡常数的计算等知识。