Question

含鋇化合物在實驗室和工業生產中都有廣泛的用途．
（1）過氧化鋇（BaO₂）是一種常用的氧化劑，還可用于生產鋇鹽．工業上制取過氧化鋇的方法之一是2BaO+O₂2BaO₂．現有16.0噸的氧化鋇在足量的氧氣中加熱反應后，固體的質量變為17.6噸．那么實際參加反應的氧化鋇的質量為______噸．
（2）某同學查得Ba（OH）₂?8H₂O晶體在20℃時的溶解度為3.9g/100g水，則20℃時，Ba（OH）₂飽和溶液的質量分數為______（答案保留2位小數）．
（3）取不同質量由Ba（OH）₂?nH₂O和BaCO₃組成的樣品，加水溶解后加入80mL 1.0mol/L的鹽酸，并不斷地攪拌，所得CO₂氣體的體積（已換算為標準狀況）與加入樣品的質量關系通過描點得到下圖（在此過程中不考慮Ba（HCO₃）₂的生成和CO₂的溶解）．請計算：
①在11.58g樣品中BaCO₃的質量為多少g？
②化學式Ba（OH）₂?nH₂O中n的值為多少？
（4）含鋇的礦物大多是重晶石（主要成分是BaSO₄），工業上常用天然氣在850～900℃的條件下還原BaSO₄生產BaS．發生反應的化學方程式有：
BaSO₄+CH₄（少量）→BaS+CO₂+2H₂O
3BaSO₄+4CH₄（足量）→3BaS+4CO+8H₂O
①若反應后混合氣體中CO₂的體積分數為，求該反應條件下混合氣體的平均式量？
（假設每步反應都完全．答案保留2位小數）
②實際工業生產中，天然氣很難反應完全．現有2.0×10⁶ mol的CH₄，若CH₄的利用率為95%，且反應結束后高溫氣體中CO的體積分數為0.02，求能生產多少噸BaS？（答案保留2位小數）

Answer 1

解：（1）16.0噸的氧化鋇在足量的氧氣中加熱反應后，固體的質量變為17.6噸，故參加反應是氧氣的質量為17.6噸-16噸=1.6噸，則：2BaO+O₂2BaO₂
2×153 32
m 1.6噸
所以m==15.3噸
故答案為：15.3；
（2）假定水為100g，則溶解3.9gBa（OH）₂?8H₂O，故溶液的質量為103.9g，3.9g氫氧化鋇晶體中含有氫氧化鋇的質量為3.9g×=2.117g，20℃時，Ba（OH）₂飽和溶液的質量分數為=0.02，
故答案為：0.02；
（3）最高點時，鹽酸與氫氧化鋇、碳酸鋇恰好反應，最高點之前，鹽酸有剩余，最高點之后氫氧化鋇完全反應、碳酸鋇有剩余，至橫軸時氫氧化鋇與鹽酸恰好反應，碳酸鋇不反應，
①、加入樣品1.93生成氣體112mL為二氧化碳，二氧化碳的物質的量為=0.005mol，根據碳原子守恒可知碳酸鋇的物質的量為0.005mol，故11.58g混合物中含有的碳酸鋇的物質的量為0.005mol×=0.03mol，故11.58g樣品中BaCO₃的質量為0.03mol×197g/mol=5.91g，
答：11.58g樣品中BaCO₃的質量為5.91g；
②、11.58g混合物中含有的氫氧化鋇晶體的質量為11.58g-5.91g=5.57g．加入樣品11.58g生成氣體224mL二氧化碳，二氧化碳的物質的量為=0.01mol，故生成二氧化碳消耗的鹽酸的物質的量為0.01mol×2=0.02mol，與氫氧化鋇反應消耗的鹽酸的物質的量為0.08L×1mol/L-0.02mol=0.06mol，故氫氧化鈉晶體的物質的量為0.06mol×=0.03mol，故0.03×（171+18n）=5.57，解得n=1，
答：化學式Ba（OH）₂?nH₂O中n的值為1；
（4）①、假定二氧化碳為1mol，則混合氣體共9mol，生成1mol二氧化碳的同時生成2mol，故生成CO的反應中CO、水的總物質的量為9mol-1mol-2mol=6mol，根據方程式可知生成CO的物質的量為6mol×=2mol，故混合物水的物質的量為9mol-1mol-2mol=6mol，故混合氣體的平均相對分子質量為=23.11，
答：該反應條件下混合氣體的平均式量23.11；
②、高溫氣體中CO的體積分數為0.02，由方程式可知產生CO反應中生成水所在的體積分數為0.04，故生成二氧化碳反應中產生的氣體占有的體積分數為1-0.02-0.04=0.94，由方程式可知，二氧化碳的體積分數為0.94×，故混合氣體中二氧化碳與CO的物質的量之比為0.94×：0.02=47：3，轉化的甲烷物質的量為2.0×10⁶ mol×95%，由碳元素守恒可知，二氧化碳、CO的總的物質的量為2.0×10⁶ mol×95%，故二氧化碳為2.0×10⁶ mol×95%×，CO物質的量為2.0×10⁶ mol×95%×，結合方程式可知生成BaS的物質的量為2.0×10⁶ mol×95%×+2.0×10⁶ mol×95%××=2.0×10⁶×95%×mol，故生成BaS的質量為2.0×10⁶×95%×mol×169g/mol=316.28×10⁶ g=316.28噸，
答：能生產316.28噸BaS．
分析：（1）16.0噸的氧化鋇在足量的氧氣中加熱反應后，固體的質量變為17.6噸，質量增重為參加反應是氧氣的質量，據此根據方程式計算實際參加反應的氧化鋇的質量；
（2）假定水為100g，則溶解3.9gBa（OH）₂?8H₂O，故溶液的質量為103.9g，根據化學式中氫氧化鋇的質量分數計算3.9g氫氧化鋇晶體中含有氫氧化鋇的質量，再根據質量分數定義計算；
（3）最高點時，鹽酸與氫氧化鋇、碳酸鋇恰好反應，最高點之前，鹽酸有剩余，最高點之后氫氧化鋇完全反應、碳酸鋇有剩余，至橫軸時氫氧化鋇與鹽酸恰好反應，碳酸鋇不反應，
①、加入樣品1.93生成氣體112mL為二氧化碳，根據n=計算二氧化碳的物質的量，根據碳原子守恒計算碳酸鋇的物質的量，根據定組成計算11.58g混合物中含有的碳酸鋇的物質的量，進而根據m=nM計算碳酸鋇的質量；
②、根據①中碳酸鋇的質量計算11.58g混合物中含有的氫氧化鋇晶體的質量．加入樣品11.58g生成氣體224mL二氧化碳，根據n=計算二氧化碳的物質的量，計算生成二氧化碳消耗的鹽酸的物質的量，進而計算與氫氧化鋇反應消耗的鹽酸的物質的量，可得氫氧化鈉晶體的物質的量，進而計算氫氧化鋇晶體中n的值；
（4）①、假定二氧化碳為1mol，則混合氣體共9mol，生成1mol二氧化碳的同時生成2mol，故生成CO的反應中CO、水的總物質的量為9mol-1mol-2mol=6mol，根據方程式可以計算生成CO的物質的量，進而計算混合物水的物質的量，再根據=計算；
②、高溫氣體中CO的體積分數為0.02，由方程式可知產生CO反應中生成水所在的體積分數為0.04，故生成二氧化碳反應中產生的氣體占有的體積分數為1-0.02-0.04=0.94，由方程式可知，二氧化碳的體積分數為0.94×，據此計算混合氣體中二氧化碳與CO的物質的量之比，根據轉化的甲烷計算二氧化碳、CO的物質的量，結合方程式計算BaS的物質的量，進而計算其質量．
點評：本題考查混合物的有關計算，為拼湊型題目，題目計算量很大，閱讀量很大，計算步驟多且繁瑣，是對學生心理素質與綜合能力的考查，難度較大，需要學生全面掌握知識并能靈活運用．