Question

硫化钠是重要的工业原料．
（1）高温时，物质的量相等的甲烷与硫酸钠在催化剂作用下恰好完全反应，制得硫化钠．反应的化学方程式为

 

．
（2）甲同学往某Na ₂S样品（含Na ₂CO ₃、Na ₂SO ₄杂质）溶液中加人少量BaS溶液，产生白色沉淀，过滤，向滤渣中加人过量盐酸，沉淀完全溶解．
①沉淀溶于盐酸的离子方程式是

 

．
②甲同学由上述实验得出结论：相同温度下，K _sp（BaCO ₃）＜K _sp（BaSO ）．
乙同学认为仅由上述实验无法推导出K _sp（BaCO ₃）与K _sp（BaSO ₄）的大小关系，理由是

 

．
（3）利用Na ₂S为沉淀剂，由锌灰可制得ZnS．锌灰经稀硫酸浸取后所得浸取液含Zn ²⁺、Cd ²⁺、Al ³⁺、Fe ²⁺，Fe³⁺等，由该浸取液制备ZnS的工艺流程如下图所示．
步骤（i）所得滤渣中含有铝元素的物质为

 

（填化学式）．

Answer 1

考点：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）硫酸钠变为硫化钠时，硫元素由+6价降为-2价，由此推断甲烷中碳元素的化合价升高，由-4价升为+4价，生成CO ₂，根据最小公倍数法配平可得反应式CH ₄+Na₂SO ₄

高温    .

催化剂

Na ₂S+CO ₂+2H ₂O；
（2）Na ₂ CO ₃、Na ₂ SO ₄ 与BaS溶液均能反应生成白色的沉淀，但是BaCO ₃ 能溶于盐酸，反应式为BaCO ₃+2H⁺=Ba ²⁺+CO ₂↑+H ₂ O，而BaSO ₄ 不溶于盐酸，但是不能说明K _sp （BaCO ₃ ）＜K _sp （BaSO ₄ ），因为沉淀的形成除了与K _sp 有关外，还与溶液中沉淀组分的离子浓度大小有关；
（3）根据题中流程可知，锌灰经稀硫酸浸取后所得浸取液含Zn ²⁺、Cd ²⁺、Al ³⁺、Fe ²⁺，Fe³⁺等，调节溶液pH=5时Al ³⁺，Fe³⁺沉淀完全，滤液经过双氧水氧化可除去溶液中的Fe ²⁺，再加入锌，可除去溶液中的Cd ²⁺，再加故硫化钠可得硫化锌沉淀，所以pH=5时，Al ³⁺ 几乎完全沉淀，则步骤（i）所得滤渣含有铝元素的物质为Al（OH） ₃．

解答： 解：（1）硫酸钠变为硫化钠时，硫元素由+6价降为-2价，由此推断甲烷中碳元素的化合价升高，由-4价升为+4价，生成CO ₂，根据最小公倍数法配平可得反应式CH ₄+Na₂SO ₄

高温    .

催化剂

Na ₂S+CO ₂+2H ₂O，
故答案为：CH ₄+Na₂SO ₄

高温    .

催化剂

Na ₂S+CO ₂+2H ₂O；
（2）Na ₂ CO ₃、Na ₂ SO ₄ 与BaS溶液均能反应生成白色的沉淀，但是BaCO ₃ 能溶于盐酸，反应式为BaCO₃+2H⁺=Ba ²⁺+CO ₂↑+H ₂O，而BaSO ₄ 不溶于盐酸，但是不能说明K _sp （BaCO ₃ ）＜K _sp （BaSO ₄ ），因为沉淀的形成除了与K _sp 有关外，还与溶液中沉淀组分的离子浓度大小有关，
故答案为：①BaCO₃+2H⁺=Ba ²⁺+CO ₂↑+H ₂O；②沉淀的形成除了与K _sp 有关外，还与溶液中沉淀组分的离子浓度大小有关；
（3）根据题中流程可知，锌灰经稀硫酸浸取后所得浸取液含Zn ²⁺、Cd ²⁺、Al ³⁺、Fe ²⁺，Fe³⁺等，调节溶液pH=5时Al ³⁺，Fe³⁺沉淀完全，滤液经过双氧水氧化可除去溶液中的Fe ²⁺，再加入锌，可除去溶液中的Cd ²⁺，再加故硫化钠可得硫化锌沉淀，所以pH=5时，Al ³⁺ 几乎完全沉淀，则步骤（i）所得滤渣含有铝元素的物质为Al（OH） ₃，故答案为：Al（OH） ₃．

点评：本题考查了物质制备实验方案的流程分析和产物判断，实验目的和实验原理的理解是解题关键，题目难度中等．