Question

工業上用重晶石（BaSO₄)制備BaCO₃的常用方法主要有高溫鍛燒還原法、沉淀轉化法等。高溫煅燒還原法的工藝流程可簡單的表示如下：

（1）若“煅燒”時產生一種有毒的還原性氣體，則反應的化學方程式為______。
（2）工業上煅燒重晶石礦粉時，為使BaSO₄得到充分的還原和維持及應所需的高溫，應采取的措施是______。
a．加人過量的炭，同時通入空氣  b．設法將生成的BaS及時移出
（3）在第一次過濾后洗滌，檢驗是否洗滌干凈的試劑最好是______。
（4）沉淀轉化法制備BaCO₃可用飽和Na₂CO₃溶液將BaSO₄轉化為BaCO₃：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
則：①在實驗室將少量BaSO₄固體全部轉化為BaCO₃的實驗操作方法與步驟為______。
②與高溫煅燒還原法相比，沉淀轉化法的優點主要有______。
③已知：K_sp(BaCO₃)=2.40×10^－9，K_sp(BaSO₄)=1.20×10^－10。現欲用沉淀轉化法將BaSO₄轉化為BaCO₃，該反應的平衡常數為______。如用1.00 L 0. 210 mol ? L^－1 Na₂CO₃溶液處理，試計算BaSO₄被轉化的質量______(要有計算過程，結果保留3位有效數字)。

Answer 1

（18分）
（1）BaSO₄+4CBaS+4CO↑（3分）
（2）a（2分）
（3）H₂SO₄（2分，其它合理答案也給分）
（4）①將適量飽和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固體中，充分攪拌，靜置、棄去上層清液；如此操作，反復多次（直到BaSO₄全部轉化為BaCO₃）（3分）
②節能、環保等（2分）
③5×10^－2（2分）
解：設BaSO₄被轉化的物質的量為xmol，則碳酸根離子的變化濃度為xmol/L，即：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
起始濃度/mol?L^－1               0.210                 0
變化濃度/mol?L^－1                 x                   x
起始濃度/mol?L^－1              0.210—x                x （1分）
由于K==，則=（1分）
解得：x=0.0100（1分）
由于m=n?M，則BaSO₄被轉化的質量為0.0100mol×233g/mol=2.33g（1分）
答：BaSO₄被轉化的質量為2.33g。

試題分析：（1）依題意，BaSO₄與C在高溫下發生氧化還原反應，生成BaS和CO，硫元素由+6降為—2價，碳元素由0升為+2價，根據化合價升降總數相等、原子個數守恒，則該反應為BaSO₄+4CBaS+4CO↑；（2）加入過量的碳，同時通入空氣，可以使C與氧氣反應，該反應是放熱反應，碳過量不僅能使硫酸鋇充分還原，還能維持反應所需的高溫，故a正確；硫化鋇是固體，固體物質的濃度是常數，將生成的硫化鋇及時移走，不能使平衡向正反應方向移動，故b錯誤；（3）硫化鋇是強堿弱酸鹽，能溶于水，且與水反應生成氫氧化鋇和硫化氫氣體，氫氧化鋇是可溶性強堿，過量的碳或未完全反應的硫酸鋇等難溶于水，過濾所得濾渣的主要成分是碳或硫酸鋇等物質，濾渣能吸附可溶性的鋇離子、氫氧根離子，鋇離子遇硫酸產生白色的硫酸鋇沉淀，因此取最后一次洗滌液少許于試管，滴入少量稀硫酸，若產生白色沉淀，說明沉淀未洗滌干凈；反之，則洗滌干凈；另外，選擇酚酞等指示劑也可以檢驗是否含有氫氧根離子；（4）根據濃度對平衡移動的影響規律，增大碳酸根離子濃度，可以使沉淀平衡右移，則設計的實驗方案為①將適量飽和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固體中，充分攪拌，靜置、棄去上層清液；如此操作，反復多次（直到BaSO₄全部轉化為BaCO₃）；②高溫煅燒法需要消耗能量，產生有毒的硫化氫氣體，步驟多，而沉淀轉化法則節約能源，環保，操作步驟少等；③設BaSO₄被轉化的物質的量為xmol，則碳酸根離子的變化濃度為xmol/L，即：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
起始濃度/mol?L^－1               0.210                 0
變化濃度/mol?L^－1                 x                   x
起始濃度/mol?L^－1              0.210—x                x （1分）
由于K====5×10^－2
則==5×10^－2（1分）
解得：x=0.0100（1分）
由于m=n?M，則BaSO₄被轉化的質量為0.0100mol×233g/mol=2.33g（1分）。