Question

20．工业上制备BaCl₂的工艺流程图如图：

某研究小组在实验室用重晶石（主要成分BaSO₄）对工业过程进行模拟实验．查资料得：
BaSO₄（s）+4C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ•mol^-1   ①
BaSO₄（s）+2C（s）2CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1  ②
（1）①制备BaCl₂的工艺流程图中气体A用过量NaOH溶液吸收，得到硫化钠．Na₂S水解的离子方程式为S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-．
②常温下，相同浓度的Na₂S和NaHS溶液中，下列说法正确的是D、E（填字母）．
A．Na₂S溶液的pH比NaHS溶液pH小
B．两溶液中含有的离子种类不同
C．两溶液中滴入同体积同浓度的盐酸，产生气体速率相等
D．两溶液中加入NaOH固体，c（S^2-）都增大
E．NaHS溶液中：c（Na⁺）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c （H⁺）
（2）向BaCl₂溶液中加入AgNO₃和KBr，当两种沉淀共存时，$\frac{c（Br）}{c（C{l}^{-}）}$=2.7×10^-3
已知：K_sp（AgBr）=5.4×10^-13，K_sp（AgCl）=2.0×10^-10
（3）反应C（s）+CO₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO（g）的△H=+172.5KJ/mol．
（4）实际生产中必须加入过量的炭，同时还要通入空气其目的是：使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量），①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温（只要求答一条）．

Answer 1

分析 （1）①Na₂S水解呈碱性，且有两步水解，以第一步水解为主；
②A．Na₂S的水解程度比NaHS大；
B．根据水解方程和电离方程可知两溶液中含有的离子种类相同；
C．两溶液中滴入同体积同浓度的盐酸，NaHS产生气体速率快；
D．两溶液中加入NaOH固体，水解平衡逆移，c（S^2-）都增大
E．NaHS溶液显碱性，以水解为主；
（2）根据溶度积常数计算$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$；
（3）利用盖斯定律计算反应热；
（4）加入过量C可提高冰晶石的转化率，同时维持反应进行．

解答 解：（1）①Na₂S为强碱弱酸盐，水解呈碱性，且有两步水解，以第一步水解为主，第一步水解生成离子HS^-，第二步水解生成H₂S，水解的离子方程式分别为S^2-+H₂O?HS^-+OH^-，HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，
故答案为：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-；
②A．Na₂S的水解程度比NaHS大，所以Na₂S溶液的pH比NaHS溶液pH大，故A错误；
B．根据水解方程S^2-+H₂O?HS^-+OH^-； HS^-+H₂O?H₂S+OH^-；和电离方程HS^-?S^2-+H⁺；可知两溶液中含有的离子种类相同，故B错误；
C．两溶液中滴入同体积同浓度的盐酸，Na₂S+HCl=NaHS+NaCl；NaHS+HCl=H₂S↑+NaCl；所以NaHS产生气体速率快，故C错误；
D．两溶液中加入NaOH固体，水解平衡逆移，c（S^2-）都增大，故D正确；
E．NaHS溶液显碱性，以水解为主，c（OH^-）＞c（H⁺），所以c（Na⁺）＞c（HS^-）＞c（OH^-）＞c （H⁺）＞c（S^2-），故E正确；
故答案为：D、E；
（2）当两种沉淀共存时，Ag⁺离子浓度相同，根据溶度积常数计算，c（Br^-）=$\frac{{K}_{SP}（AgBr）}{C（A{g}^{+}）}$，c（Cl^-）=$\frac{{K}_{SP}（AgCl）}{C（A{g}^{+}）}$，则$\frac{C（B{r}^{-}）}{C（C{l}^{-}）}$=$\frac{5.4×1{0}^{-13}}{2.0×1{0}^{-10}}$=2.7×10^-3．
故答案为：2.7×10^-3；
（3）利用盖斯定律求解：
BaSO₄（s）+4C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ•mol^-1 ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ•mol^-1 ②
将以上两个热化学方程式相减，然后除以2可得：
C（s）+CO₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO（g）△H=$\frac{571.2KJ/mol-226.2KJ/mol}{2}$=+172.5kJ•mol^-1，
故答案为：+172.5KJ/mol；
（4）加入过量C可提高冰晶石的转化率，以上反应为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温，
故答案为：使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量），①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温．

点评 本题考查较为综合，题目具有一定难度，涉及盐类的水解、难溶电解质的溶解平衡、反应热的计算等问题，本题注意溶度积常数的利用．