Question

含鋇化合物在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)鋇鹽．工業(yè)上制取過氧化鋇的方法之一是2BaO+O₂2BaO₂．現(xiàn)有16.0噸的氧化鋇在足量的氧氣中加熱反應(yīng)后，固體的質(zhì)量變?yōu)?7.6噸．那么實(shí)際參加反應(yīng)的氧化鋇的質(zhì)量為______噸．
（2）某同學(xué)查得Ba（OH）₂?8H₂O晶體在20℃時(shí)的溶解度為3.9g/100g水，則20℃時(shí)，Ba（OH）₂飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______（答案保留2位小數(shù)）．
（3）取不同質(zhì)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?cái)嚢瑁肅O₂氣體的體積（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）與加入樣品的質(zhì)量關(guān)系通過描點(diǎn)得到下圖（在此過程中不考慮Ba（HCO₃）₂的生成和CO₂的溶解）．請(qǐng)計(jì)算：
①在11.58g樣品中BaCO₃的質(zhì)量為多少g？
②化學(xué)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(yè)上常用天然氣在850～900℃的條件下還原BaSO₄生產(chǎn)BaS．發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有：
BaSO₄+CH₄（少量）→BaS+CO₂+2H₂O
3BaSO₄+4CH₄（足量）→3BaS+4CO+8H₂O
①若反應(yīng)后混合氣體中CO₂的體積分?jǐn)?shù)為，求該反應(yīng)條件下混合氣體的平均式量？
（假設(shè)每步反應(yīng)都完全．答案保留2位小數(shù)）
②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，天然氣很難反應(yīng)完全．現(xiàn)有2.0×10⁶ mol的CH₄，若CH₄的利用率為95%，且反應(yīng)結(jié)束后高溫氣體中CO的體積分?jǐn)?shù)為0.02，求能生產(chǎn)多少噸BaS？（答案保留2位小數(shù)）

Answer 1

解：（1）16.0噸的氧化鋇在足量的氧氣中加熱反應(yīng)后，固體的質(zhì)量變?yōu)?7.6噸，故參加反應(yīng)是氧氣的質(zhì)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(zhì)量為103.9g，3.9g氫氧化鋇晶體中含有氫氧化鋇的質(zhì)量為3.9g×=2.117g，20℃時(shí)，Ba（OH）₂飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為=0.02，
故答案為：0.02；
（3）最高點(diǎn)時(shí)，鹽酸與氫氧化鋇、碳酸鋇恰好反應(yīng)，最高點(diǎn)之前，鹽酸有剩余，最高點(diǎn)之后氫氧化鋇完全反應(yīng)、碳酸鋇有剩余，至橫軸時(shí)氫氧化鋇與鹽酸恰好反應(yīng)，碳酸鋇不反應(yīng)，
①、加入樣品1.93生成氣體112mL為二氧化碳，二氧化碳的物質(zhì)的量為=0.005mol，根據(jù)碳原子守恒可知碳酸鋇的物質(zhì)的量為0.005mol，故11.58g混合物中含有的碳酸鋇的物質(zhì)的量為0.005mol×=0.03mol，故11.58g樣品中BaCO₃的質(zhì)量為0.03mol×197g/mol=5.91g，
答：11.58g樣品中BaCO₃的質(zhì)量為5.91g；
②、11.58g混合物中含有的氫氧化鋇晶體的質(zhì)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(zhì)的量為=0.01mol，故生成二氧化碳消耗的鹽酸的物質(zhì)的量為0.01mol×2=0.02mol，與氫氧化鋇反應(yīng)消耗的鹽酸的物質(zhì)的量為0.08L×1mol/L-0.02mol=0.06mol，故氫氧化鈉晶體的物質(zhì)的量為0.06mol×=0.03mol，故0.03×（171+18n）=5.57，解得n=1，
答：化學(xué)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(shí)生成2mol，故生成CO的反應(yīng)中CO、水的總物質(zhì)的量為9mol-1mol-2mol=6mol，根據(jù)方程式可知生成CO的物質(zhì)的量為6mol×=2mol，故混合物水的物質(zhì)的量為9mol-1mol-2mol=6mol，故混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為=23.11，
答：該反應(yīng)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?jǐn)?shù)為0.02，由方程式可知產(chǎn)生CO反應(yīng)中生成水所在的體積分?jǐn)?shù)為0.04，故生成二氧化碳反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體占有的體積分?jǐn)?shù)為1-0.02-0.04=0.94，由方程式可知，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為0.94×，故混合氣體中二氧化碳與CO的物質(zhì)的量之比為0.94×：0.02=47：3，轉(zhuǎn)化的甲烷物質(zhì)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(zhì)的量為2.0×10⁶ mol×95%，故二氧化碳為2.0×10⁶ mol×95%×，CO物質(zhì)的量為2.0×10⁶ mol×95%×，結(jié)合方程式可知生成BaS的物質(zhì)的量為2.0×10⁶ mol×95%×+2.0×10⁶ mol×95%××=2.0×10⁶×95%×mol，故生成BaS的質(zhì)量為2.0×10⁶×95%×mol×169g/mol=316.28×10⁶ g=316.28噸，
答：能生產(chǎn)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(yīng)后，固體的質(zhì)量變?yōu)?7.6噸，質(zhì)量增重為參加反應(yīng)是氧氣的質(zhì)量，據(jù)此根據(jù)方程式計(jì)算實(shí)際參加反應(yīng)的氧化鋇的質(zhì)量；
（2）假定水為100g，則溶解3.9gBa（OH）₂?8H₂O，故溶液的質(zhì)量為103.9g，根據(jù)化學(xué)式中氫氧化鋇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算3.9g氫氧化鋇晶體中含有氫氧化鋇的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
（3）最高點(diǎn)時(shí)，鹽酸與氫氧化鋇、碳酸鋇恰好反應(yīng)，最高點(diǎn)之前，鹽酸有剩余，最高點(diǎn)之后氫氧化鋇完全反應(yīng)、碳酸鋇有剩余，至橫軸時(shí)氫氧化鋇與鹽酸恰好反應(yīng)，碳酸鋇不反應(yīng)，
①、加入樣品1.93生成氣體112mL為二氧化碳，根據(jù)n=計(jì)算二氧化碳的物質(zhì)的量，根據(jù)碳原子守恒計(jì)算碳酸鋇的物質(zhì)的量，根據(jù)定組成計(jì)算11.58g混合物中含有的碳酸鋇的物質(zhì)的量，進(jìn)而根據(jù)m=nM計(jì)算碳酸鋇的質(zhì)量；
②、根據(jù)①中碳酸鋇的質(zhì)量計(jì)算11.58g混合物中含有的氫氧化鋇晶體的質(zhì)量．加入樣品11.58g生成氣體224mL二氧化碳，根據(jù)n=計(jì)算二氧化碳的物質(zhì)的量，計(jì)算生成二氧化碳消耗的鹽酸的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算與氫氧化鋇反應(yīng)消耗的鹽酸的物質(zhì)的量，可得氫氧化鈉晶體的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)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(shí)生成2mol，故生成CO的反應(yīng)中CO、水的總物質(zhì)的量為9mol-1mol-2mol=6mol，根據(jù)方程式可以計(jì)算生成CO的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算混合物水的物質(zhì)的量，再根據(jù)=計(jì)算；
②、高溫氣體中CO的體積分?jǐn)?shù)為0.02，由方程式可知產(chǎn)生CO反應(yīng)中生成水所在的體積分?jǐn)?shù)為0.04，故生成二氧化碳反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體占有的體積分?jǐn)?shù)為1-0.02-0.04=0.94，由方程式可知，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為0.94×，據(jù)此計(jì)算混合氣體中二氧化碳與CO的物質(zhì)的量之比，根據(jù)轉(zhuǎn)化的甲烷計(jì)算二氧化碳、CO的物質(zhì)的量，結(jié)合方程式計(jì)算BaS的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算其質(zhì)量．
點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，為拼湊型題目，題目計(jì)算量很大，閱讀量很大，計(jì)算步驟多且繁瑣，是對(duì)學(xué)生心理素質(zhì)與綜合能力的考查，難度較大，需要學(xué)生全面掌握知識(shí)并能靈活運(yùn)用．