Question

（2013?浙江模拟）某兴趣小组探究以芒硝（Na₂SO₄?10H₂O）和CaO为原料制备Na₂CO₃．
（1）将CaO水化后，与芒硝形成Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系，反应后过滤，向滤液中通入CO₂，期望得到Na₂CO₃．三元体系中反应的离子方程式为：
SO₄^2-+Ca（OH）₂+2H₂O?CaSO₄?2H₂O+2OH^-，△H=-15.6kJ?mol^-1
该反应的平衡常数表达式K=

c2(OH-)

c(SO42-)

．
该反应在常温下不能自发进行，则可判断△S

＜

0 （填“＞”或“＜”）．
（2）往Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系中添加适量的某种酸性物质，控制pH=12.3[即c（OH^-）为0.02mol?L^-1]，可使反应在常温下容易进行．反应后过滤，再向滤液中通CO₂，进一步处理得到Na₂CO₃．
①在Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系中不直接通入CO₂，其理由是

碱性条件下CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃

；
②用平衡移动原理解释添加酸性物质的理由

酸性物质与OH^-反应，使平衡向生成CaSO₄?2H₂O的方向进行

；
以HA表示所添加的酸性物质，则总反应的离子方程式可写为

SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄?2H₂O↓+2A^-

．
③添加的酸性物质须满足的条件（写出两点）是

不与Ca²⁺生成难溶物

、

酸性比碳酸弱

．
④已知：某温度下，K_sp[Ca（OH）₂]=5.2×10^-6，K_sp（CaCaSO₄）=1.3×10^-4，设

SO

2- 4

的初始浓度为b mol?L^-1，转化率为α，写出α与b的关系式

α=

b-0.01

b

．

Answer 1

分析：（1）根据平衡常数的表达式写出该反应的平衡常数表达式；由于只要△H＜0且△S＞0，则反应可以在任何温度下自发，现在在常温下无法自发，则说明△S应该＜0；
（2）①由于在碱性条件下，CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃；
②氢离子能够中和氢氧根离子，使平衡向生成CaSO₄?2H₂O的方向进行；HA的酸性比碳酸酸性若，写成分子式；
③添加的酸性物质不能不与Ca²⁺生成难溶物、酸性比碳酸弱；
④根据氢氧化钙和硫酸钙的离子积计算出溶液中硫酸根离子的浓度，再利用硫酸根离子转化率α、总浓度b找出关系式．

解答：解：（1）根据平衡常数表达式，该反应的平衡常数表达式K=

c2(OH-)

c(SO42-)

；只要△H＜0且△S＞0，则反应可以在任何温度下自发，现在在常温下无法自发，则说明△S应该＜0；
故答案啊啊为：

c2(OH-)

c(SO42-)

；＜；
（2）①在碱性条件下CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃，所以不直接通入CO₂，
故答案为：碱性条件下CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃；
②加入酸性物质，氢离子可以中和氢氧根离子，使平衡向着生成CaSO₄?2H₂O的方向进行；以HA表示所添加的酸性物质，由于HA酸性要小于碳酸酸性，反正方程式中应该写成分子式，所以总反应的离子方程式为SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄?2H₂O↓+2A^-，
故答案为：酸性物质与OH^-反应，使平衡向生成CaSO₄?2H₂O的方向进行；SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄?2H₂O↓+2A^-；
③添加的酸性物质酸性要比碳酸的若，且不能与钙离子生成沉淀，这样才能生成硫酸钙晶体，
故答案为：不与Ca²⁺生成难溶物；酸性比碳酸弱；
④Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系中添加适量的某种酸性物质，控制pH=12.3[即c（OH^-）为0.02mol?L^-1]，先依据Ca（OH）₂的K_sp求出Ca²⁺离子浓度为：

5.2×10-6

(0.02)2

mol/L=1.3×10^-2 mol/L，依据CaSO₄的K_sp求出混合体系中存在的硫酸根离子的浓度c（SO₄^2-）=

1.3×10-4

1.3×10-2

mol/L=0.01mol，
所以SO₄^2-转化率为α=

b-0.01

b

，
故答案为：α=

b-0.01

b

．

点评：本题考查了硫酸钙晶体的制取，涉及了化学平衡常数表达式书写、试剂选择、转化率计算等知识，是一道比较综合的练习，本题难度中等．