Question

重晶石（BaSO₄）难溶于水，要转化成BaCO₃在制备其他含钡化合物，以重晶石（BaSO₄）为原料制备过氧化钡及过氧化氢的流程如图1：

回答下列问题：
（1）煅烧还原的热化学方程式为：

 

有关的数据：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，用化学方程式表示其原因：

 

（3）气体B可进一步加工成为上述制取H₂O₂流程中的一种原料，该原料是

 

（4）通入A溶液中CO₂的若含有O₂，在生成的BaCO₃中会混有BaSO₄，所以通常增大溶液的pH以提高CO₃^2-浓度，把BaSO₄转化为BaCO₃．若测得SO₄^2-的浓度为1×10^-4mol?L^-1，则的CO₃^2-的浓度需大于

 

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）据报道，科学家在实验室已研制出在燃料电池的反应容器中，利用特殊电极材料以H₂和O₂为原料制取过氧化氢的新工艺．原理如图2所示，请写出甲电极的电极反应式：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）根据盖斯定律来回答计算；
（2）在溶液中，硫离子水解导致溶液显示碱性；
（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反应生成CaCO₃、H₂S气体，即气体B的主要成分为H₂S气体，H₂S气体可用来制造H₂SO₄；
（4）根据溶解平衡常数计算；
（5）电极方程式的书写：先写出反应物、产物、电子，根据电荷守恒写出H⁺，原子守恒配平．

解答： 解：（1）根据盖斯定律计算：已知热化方程式：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，
由盖斯定律可知，4②-①+③得反应：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g），所以BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）的反应热为：4×（-110.5kJ?mol^-1）-（-1473.2kJ?mol^-1）+（-460kJ?mol^-1）=+571.2kJ?mol^-1，故该热化学方程式为：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ?mol^-1；
故答案为：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ?mol^-1；
（2）在硫化钡中，硫离子水解而使得硫化钡显碱性，有碱Ba（OH）₂生成，硫离子水解生成HS^-，即2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
故答案为：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反应生成CaCO₃、H₂S气体，即气体B的主要成分为H₂S气体，H₂S气体可用来制造H₂SO₄；
故答案为：H₂SO₄；
（4）有BaSO₄沉淀的溶液中：K_sp（BaSO₄）=cC（Ba²⁺）?C（SO₄^2-）=1×10^-10，若测得SO₄^2-的浓度为1×10^-4mol?L^-1，则：cC（Ba²⁺）=

Ksp(BaSO4)

C(SO42-)

=

1×10-10

1×10-4

=1×10^-6mol?L^-1，即该溶液中Ba²⁺的浓度为1×10^-6mol?L^-1，要生成BaCO₃沉淀，需要满足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；
故答案为：2.5×10^-3mol?L^-1；
（5）据图2所示甲电极上消耗O₂，生成H₂O₂，1molO₂生成1molH₂O₂时失去2mol电子，电解质溶液为盐酸，酸性条件下，离子反应方程式为：2H⁺+O₂+2e^-=H₂O₂；
故答案为：2H⁺+O₂+2e^-=H₂O₂．

点评：本题考查热化学方程式的书写、水解化学方程式书写、沉淀转化的有关知识以及电极方程式的书写等，侧重于对学生计算能力的考查，难度较大．