Question

3．重晶石（主要成分是BaSO₄）是制备钡化合物的重要原料，但BaSO₄不溶于水也不溶于酸，这   给转化为其他钡盐带来了困难，工业上用饱和Na₂CO₃溶液处理BaSO₄沉淀，待达到平衡后，移走上层清   夜，重复多次操作，将其转化为易溶于酸的BaCO₃，再由BaCO₃制备其它钡盐．
Ksp（BaSO₄）=1.0×10^-10      Ksp（BaCO₃）=2.5×10^-9
（1）写出沉淀转化的方程式：BaSO₄（s）+Na₂CO₃ （aq）?BaCO₃（s）+Na₂SO₄（aq），此反应平衡常数K 的值为0.04．
（2）要实现该转化C（CO₃^2-）不低于2.5×10^-4 mol/L
（3）必须更换Na₂CO₃溶液的原因是什么？保证Na₂CO₃溶液的浓度不低于2.5×10^-4mol/L．

Answer 1

分析 （1）BaSO₄电离出的钡离子与碳酸根离子结合生成碳酸钡沉淀；平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，结合Ksp（BaSO₄）、Ksp（BaCO₃）计算；
（2）根据Ksp（BaSO₄）计算饱和溶液中硫酸根离子的浓度，再根据平衡常数计算c（CO₃^2-）；
（3）当Na₂CO₃溶液的浓度太低时转化不再发生．

解答 解：（1）用饱和Na₂CO₃溶液处理BaSO₄沉淀，BaSO₄电离出的钡离子与碳酸根离子结合生成碳酸钡沉淀，其转化的方程式为：BaSO₄（s）+Na₂CO₃ （aq）?BaCO₃（s）+Na₂SO₄（aq）；该反应的平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{c（B{a}^{2+}）×c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（B{a}^{2+}）×c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{Ksp（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-10}}{2.5×1{0}^{-9}}$=0.04；
故答案为：BaSO₄（s）+Na₂CO₃ （aq）?BaCO₃（s）+Na₂SO₄（aq）；0.04；
（2）已知Ksp（BaSO₄）=1.0×10^-10，则饱和硫酸钡溶液中硫酸根离子的浓度c（SO₄^2-）=$\sqrt{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=1.0×10^-5mol/L，
则c（CO₃^2-）=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{K}$=$\frac{1.0×1{0}^{-5}}{0.04}$=2.5×10^-4mol/L；
故答案为：2.5×10^-4；
（3）当Na₂CO₃溶液的浓度太低时转化不再发生，要保证Na₂CO₃溶液的浓度不低于1.25×10^-3mol/L，必须更换Na₂CO₃溶液；
故答案为：保证Na₂CO₃溶液的浓度不低于1.25×10^-3mol/L．

点评 本题考查了沉淀的转化、平衡常数的计算、溶度积的计算等，题目难度中等，侧重于考查学生的计算能力和分析能力．