Question

10．沉淀的生成、溶解和转化在无机物制备和提纯以及科研等领域有广泛应用．难溶物在水中溶解达到饱和时，即建立沉淀溶解平衡，平衡常数称为溶度积（K_sp）．已知25℃时，K_sp（BaSO₄）=1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9．
（1）将浓度均为0.1mol•L^-1的BaCl₂溶液与Na₂SO₄溶液等体积混，充分搅拌后过滤，滤液中c（Ba²⁺）=1×10^-5mol•L^-1．取100mL滤液与100mL 2mol•L^-1的Na₂SO₄溶液混合，混合液中c（Ba²⁺）=1×10^-10mol•L^-1．
（2）医学上进行消化系统的X射线透视时，常使用BaSO₄作内服造影剂．胃酸很强（pH约为1），但服用大量BaSO₄仍然是安全的，BaSO₄不溶于酸的原因是对于平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），H⁺不能减少Ba²⁺或SO₄^2-的浓度，平衡不能向溶解方向移动 （用沉淀溶解平衡原理解释）．万一误服了少量BaCO₃，应尽快用大量0.5mol•L^-1Na₂SO₄溶液给患者洗胃，如果忽略洗胃过程中Na₂SO₄溶液浓度的变，残留在胃液中的Ba²⁺浓度仅为2×10^-10mol•L^-1．
（3）长期使用的锅炉需要定期除水垢，否则会降低燃料的用率．水垢中含有的CaSO₄，可先用Na₂CO₃溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO₃，而后用酸除去．
①CaSO₄转化为CaCO₃的离子方程式为CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
②请分析CaSO₄转化为CaCO₃的原理：CaSO₄存在沉淀溶解平衡，加入Na₂CO₃溶液后，CO₃^2-与Ca²⁺结合生成CaCO₃沉淀Ca²⁺浓度减少，使CaSO₄的沉淀溶解平衡向溶解方向移动．

Answer 1

分析 （1）根据Ksp（BaSO₄）=1×10^-10计算；
（2）从影响难溶电解质的溶解平衡的角度分析，结合溶度积计算；
（3）①CaSO₄ 转化为CaCO₃的离子方程式为CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
②从沉淀的转化角度分析．

解答 解：（1）将浓度均为0.1mol/L的BaCl₂溶液与Na₂SO₄溶液等体积混合，充分搅拌后过滤，滤液中为饱和溶液，则存在：c（Ba²⁺）×c（SO₄^2-）=1×10^-10，c（Ba²⁺）=1×10^-5mol/L；
取100mL滤液与100mL2mol/LNa₂SO₄的溶液混合，反应后c（SO₄^2-）=1mol/L，则由c（Ba²⁺）×c（SO₄^2-）=1×10^-10可知：c（Ba²⁺）=1×10^-10mol/L，
故答案为：1×10^-5；1×10^-10；
（2）由平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，H⁺不能减少Ba²⁺或SO₄^2-的浓度，平衡不能向溶解方向移动，
c（SO₄^2-）=0.5mol/L，则由c（Ba²⁺）×c（SO₄^2-）=1×10^-10可知：c（Ba²⁺）=$\frac{1×1{0}^{-10}}{0.5}$=2×10^-10mol/L，
故答案为：对于平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq），H⁺不能减少Ba²⁺或SO₄^2-的浓度，平衡不能向溶解方向移动；2×10^-10；
（3）①CaSO₄ 转化为CaCO₃的离子方程式为CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案为：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
②由平衡CaSO₄（s）?Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，加入Na₂CO₃溶液后，CO₃^2-与Ca²⁺结合生成CaCO₃沉淀Ca²⁺浓度减少，使CaSO₄的沉淀溶解平衡向溶解方向移动，发生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案为：CaSO₄存在沉淀溶解平衡，加入Na₂CO₃溶液后，CO₃^2-与Ca²⁺结合生成CaCO₃沉淀Ca²⁺浓度减少，使CaSO₄的沉淀溶解平衡向溶解方向移动．

点评 本题考查难溶电解质的溶解平衡，题目难度较大，解答本题时注意根据溶度积计算，把握平衡移动原理，注重相关知识、方法的理解和把握．