Question

重晶石（BaSO₄）難溶于水，要轉(zhuǎn)化成BaCO₃在制備其他含鋇化合物，以重晶石（BaSO₄）為原料制備過氧化鋇及過氧化氫的流程如圖1：

回答下列問題：
（1）煅燒還原的熱化學(xué)方程式為：

 

有關(guān)的數(shù)據(jù)：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）═BaSO₄（s）；△H=-1473.2kJ?mol^-1
C（s）+

1

2

O₂（g）═CO（g）；△H=-110.5kJ?mol^-1
Ba（s）+S（s）═BaS（s）；△H=-460kJ?mol^-1
（2）BaS不能存在于水中，BaS溶于水后，S元素主要以HS^-的形式存在，用化學(xué)方程式表示其原因：

 

（3）氣體B可進一步加工成為上述制取H₂O₂流程中的一種原料，該原料是

 

（4）通入A溶液中CO₂的若含有O₂，在生成的BaCO₃中會混有BaSO₄，所以通常增大溶液的pH以提高CO₃^2-濃度，把BaSO₄轉(zhuǎn)化為BaCO₃．若測得SO₄^2-的濃度為1×10^-4mol?L^-1，則的CO₃^2-的濃度需大于

 

才不至于生成BaSO₄沉淀．已知K_sp（BaSO₄）=1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9
（5）據(jù)報道，科學(xué)家在實驗室已研制出在燃料電池的反應(yīng)容器中，利用特殊電極材料以H₂和O₂為原料制取過氧化氫的新工藝．原理如圖2所示，請寫出甲電極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來回答計算；
（2）在溶液中，硫離子水解導(dǎo)致溶液顯示堿性；
（3）BaS不能存在于水中，BaS溶于水后，S元素主要以HS^-的形式存在，故溶液A中存在大量Ba²⁺和HS^-，和H₂O、CO₂反應(yīng)生成CaCO₃、H₂S氣體，即氣體B的主要成分為H₂S氣體，H₂S氣體可用來制造H₂SO₄；
（4）根據(jù)溶解平衡常數(shù)計算；
（5）電極方程式的書寫：先寫出反應(yīng)物、產(chǎn)物、電子，根據(jù)電荷守恒寫出H⁺，原子守恒配平．

解答： 解：（1）根據(jù)蓋斯定律計算：已知熱化方程式：①Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ?mol^-1
②C（s）+

1

2

O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ?mol^-1
③Ba（s）+S（s）=BaS（s）△H=-460kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知，4②-①+③得反應(yīng)：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g），所以BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）的反應(yīng)熱為：4×（-110.5kJ?mol^-1）-（-1473.2kJ?mol^-1）+（-460kJ?mol^-1）=+571.2kJ?mol^-1，故該熱化學(xué)方程式為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ?mol^-1；
故答案為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ?mol^-1；
（2）在硫化鋇中，硫離子水解而使得硫化鋇顯堿性，有堿Ba（OH）₂生成，硫離子水解生成HS^-，即2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
故答案為：2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
（3）BaS不能存在于水中，BaS溶于水后，S元素主要以HS^-的形式存在，故溶液A中存在大量Ba²⁺和HS^-，和H₂O、CO₂反應(yīng)生成CaCO₃、H₂S氣體，即氣體B的主要成分為H₂S氣體，H₂S氣體可用來制造H₂SO₄；
故答案為：H₂SO₄；
（4）有BaSO₄沉淀的溶液中：K_sp（BaSO₄）=cC（Ba²⁺）?C（SO₄^2-）=1×10^-10，若測得SO₄^2-的濃度為1×10^-4mol?L^-1，則：cC（Ba²⁺）=

Ksp(BaSO4)

C(SO42-)

=

1×10-10

1×10-4

=1×10^-6mol?L^-1，即該溶液中Ba²⁺的濃度為1×10^-6mol?L^-1，要生成BaCO₃沉淀，需要滿足cC（Ba²⁺）?C（CO₃^2-）≥K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9
C（CO₃^2-）≥

Ksp(BaCO3)

C(Ba2+)

=

2.5×10-9

1×10-6

=2.5×10^-3mol?L^-1；
故答案為：2.5×10^-3mol?L^-1；
（5）據(jù)圖2所示甲電極上消耗O₂，生成H₂O₂，1molO₂生成1molH₂O₂時失去2mol電子，電解質(zhì)溶液為鹽酸，酸性條件下，離子反應(yīng)方程式為：2H⁺+O₂+2e^-=H₂O₂；
故答案為：2H⁺+O₂+2e^-=H₂O₂．

點評：本題考查熱化學(xué)方程式的書寫、水解化學(xué)方程式書寫、沉淀轉(zhuǎn)化的有關(guān)知識以及電極方程式的書寫等，側(cè)重于對學(xué)生計算能力的考查，難度較大．