Question

【题目】以重晶石(BaSO4为主，含有钙等杂质)为原料，可按如下工艺生产碳酸钡：

温度为1173K～1473K时回转窑中发生的主要反应：C+O2CO2，C+CO22CO；BaSO4+4CBaS+4CO↑，BaSO4+2CBaS+2CO2↑。

(1)煤粉的主要作用是______________。

(2)若回转窑中通过量空气，则BaCO3产率________(填“降低”、“升高”、“不变”)。

(3)用 90～95℃的热水浸取BaS转化为可溶性化合物时无气体生成，此过程反应的化学方程式__________________。

(4)在回转窑产生的废气，其中________可以在碳化过程得到重新利用；硫化钡黑灰热水浸取，保温后热过滤除去的残渣也可在其他工业生产中再利用，如废渣中的 CaSO4可作 ____________(写一种即可)。

(5)为了得到纯净的BaCO3，省略的操作是_____________________。

(6)已知反应BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，某同学利用该反应在实验室模拟BaSO4转化为BaCO3的过程：若每次加入1 L 2 mol/L的Na2CO3溶液，至少需要____次，可以将0.3 mol BaSO4完全转化为BaCO3。[Ksp(BaSO4)=1×10-10，Ksp(BaCO3)=5×10-9]

Answer 1

【答案】燃烧供热和作还原剂 降低 2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)2 CO2 建筑材料、制石膏 过滤、洗涤、干燥 8

【解析】

在回转窑中C与O2反应产生CO2、CO，同时放出大量的热，C与BaSO4反应产生BaS，然后将BaS、C的混合物用热水浸取，发生反应2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)2，过滤除去C单质，向可溶性混合物的水溶液中通入适量CO2气体，反应产生BaCO3沉淀，再经过滤、洗涤、干燥可得到纯净的BaCO3。

(1)在回转窑中加入煤粉和重晶石，在温度为1173K～1473K时回转窑中发生的主要反应：C+O2CO2，C+CO22CO；BaSO4+4CBaS+4CO↑，BaSO4+2CBaS+2CO2↑；煤粉燃烧放出大量的热，且C与BaSO4反应生成BaS的反应中C为还原剂，可见煤粉的主要作用是燃烧供热和作还原剂；

(2)若回转窑中通过量空气，S元素会部分被氧化，导致BaS的量减少，则由BaS制取得到的BaCO3就会减少，因此最终使BaCO3产率降低；

(3)用 90～95℃的热水浸取BaS转化为可溶性化合物时，此时无气体生成，此过程反应的化学方程式为：2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)2；

(4)在回转窑产生的废气中含有CO、CO2，其中CO2在碳化过程与Ba(HS)2、Ba（OH）2发生反应：Ba2++2HS-+CO2+H2O=BaCO3↓+2H2S↑、CO2+Ba(OH)2=BaCO3↓+H2O，得到重新利用，可用于制取BaCO3；硫化钡黑灰热水浸取，保温后热过滤除去的残渣中含有未反应的C单质及CaSO4，也可在其他工业生产中再利用，如废渣中的 CaSO4可作建筑材料，也可以用于制取石膏；

(5)从反应后的溶液中过滤可得到BaCO3，为了得到纯净的BaCO3，要除去固体表面的杂质离子，所以省略的操作是过滤、洗涤、干燥；

(6)已知反应BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，假设每次能处理BaSO4的物质的量为x，根据方程式可知反应产生SO42-物质的量为x，反应消耗CO32-后剩余离子物质的量为(2-x)mol，K==0.02，解得x=0.039 mol，所以需要处理的次数为：=7.69，故至少要处理8次。