Question

工业上用重晶石（BaSO₄)制备BaCO₃的常用方法主要有高温锻烧还原法、沉淀转化法等。高温煅烧还原法的工艺流程可简单的表示如下：

（1）若“煅烧”时产生一种有毒的还原性气体，则反应的化学方程式为______。
（2）工业上煅烧重晶石矿粉时，为使BaSO₄得到充分的还原和维持及应所需的高温，应采取的措施是______。
a．加人过量的炭，同时通入空气  b．设法将生成的BaS及时移出
（3）在第一次过滤后洗涤，检验是否洗涤干净的试剂最好是______。
（4）沉淀转化法制备BaCO₃可用饱和Na₂CO₃溶液将BaSO₄转化为BaCO₃：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
则：①在实验室将少量BaSO₄固体全部转化为BaCO₃的实验操作方法与步骤为______。
②与高温煅烧还原法相比，沉淀转化法的优点主要有______。
③已知：K_sp(BaCO₃)=2.40×10^－9，K_sp(BaSO₄)=1.20×10^－10。现欲用沉淀转化法将BaSO₄转化为BaCO₃，该反应的平衡常数为______。如用1.00 L 0. 210 mol ? L^－1 Na₂CO₃溶液处理，试计算BaSO₄被转化的质量______(要有计算过程，结果保留3位有效数字)。

Answer 1

（18分）
（1）BaSO₄+4CBaS+4CO↑（3分）
（2）a（2分）
（3）H₂SO₄（2分，其它合理答案也给分）
（4）①将适量饱和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固体中，充分搅拌，静置、弃去上层清液；如此操作，反复多次（直到BaSO₄全部转化为BaCO₃）（3分）
②节能、环保等（2分）
③5×10^－2（2分）
解：设BaSO₄被转化的物质的量为xmol，则碳酸根离子的变化浓度为xmol/L，即：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
起始浓度/mol?L^－1               0.210                 0
变化浓度/mol?L^－1                 x                   x
起始浓度/mol?L^－1              0.210—x                x （1分）
由于K==，则=（1分）
解得：x=0.0100（1分）
由于m=n?M，则BaSO₄被转化的质量为0.0100mol×233g/mol=2.33g（1分）
答：BaSO₄被转化的质量为2.33g。

解析试题分析：（1）依题意，BaSO₄与C在高温下发生氧化还原反应，生成BaS和CO，硫元素由+6降为—2价，碳元素由0升为+2价，根据化合价升降总数相等、原子个数守恒，则该反应为BaSO₄+4CBaS+4CO↑；（2）加入过量的碳，同时通入空气，可以使C与氧气反应，该反应是放热反应，碳过量不仅能使硫酸钡充分还原，还能维持反应所需的高温，故a正确；硫化钡是固体，固体物质的浓度是常数，将生成的硫化钡及时移走，不能使平衡向正反应方向移动，故b错误；（3）硫化钡是强碱弱酸盐，能溶于水，且与水反应生成氢氧化钡和硫化氢气体，氢氧化钡是可溶性强碱，过量的碳或未完全反应的硫酸钡等难溶于水，过滤所得滤渣的主要成分是碳或硫酸钡等物质，滤渣能吸附可溶性的钡离子、氢氧根离子，钡离子遇硫酸产生白色的硫酸钡沉淀，因此取最后一次洗涤液少许于试管，滴入少量稀硫酸，若产生白色沉淀，说明沉淀未洗涤干净；反之，则洗涤干净；另外，选择酚酞等指示剂也可以检验是否含有氢氧根离子；（4）根据浓度对平衡移动的影响规律，增大碳酸根离子浓度，可以使沉淀平衡右移，则设计的实验方案为①将适量饱和Na₂CO₃溶液加入BaSO₄固体中，充分搅拌，静置、弃去上层清液；如此操作，反复多次（直到BaSO₄全部转化为BaCO₃）；②高温煅烧法需要消耗能量，产生有毒的硫化氢气体，步骤多，而沉淀转化法则节约能源，环保，操作步骤少等；③设BaSO₄被转化的物质的量为xmol，则碳酸根离子的变化浓度为xmol/L，即：
BaSO₄ (s)+CO₃^2－(aq)BaCO₃(s)+SO₄^2－(aq)
起始浓度/mol?L^－1               0.210                 0
变化浓度/mol?L^－1                 x                   x
起始浓度/mol?L^－1              0.210—x                x （1分）
由于K====5×10^－2
则==5×10^－2（1分）
解得：x=0.0100（1分）
由于m=n?M，则BaSO₄被转化的质量为0.0100mol×233g/mol=2.33g（1分）。
考点：考查有关物质制备的化学工艺流程，涉及关键环节化学方程式的书写、检验沉淀是否洗净、设计实验方案、根据溶度积求平衡常数和沉淀被转化的质量等。