Question

2．制備過氧化氫的傳統(tǒng)方法是在過氧化鋇中加入稀硫酸．以重晶石（BaSO₄）為原料制備過氧化氫的流程如下：

回答下列問題：
（1）圖中氣體①由兩種氣體組成，其中一種有刺激性氣味，則另一種氣體是①②（填編號）
①CO　　 �、贑O₂
（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，用化學(xué)方程式表示其原因：2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂．
（3）已知：Ba（OH）₂（aq）+CO₂（g）═BaCO₃（s）+H₂O（l）△H=-162kJ•mol^-1
2H₂S（g）+Ba（OH）₂（aq）═Ba（HS）₂（aq）+2H₂O（l）△H=-191kJ•mol^-1
Ba（HS）₂（aq）+CO₂（g）+H₂O（l）═BaCO₃（s）+2H₂S（g）△H=+29kJ•mol^-1
需將溶液A加熱的原因是上述反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，加熱可使平衡向正反應(yīng)方向移動，提高BaCO₃產(chǎn)率．
（4）操作③為過濾．氣體②進(jìn)一步加工能成為上述流程中的一種原料，該原料是H₂SO₄．
（5）通入的CO₂若含有O₂會有BaSO₄生成，所以通常增大溶液的pH以提高CO₃^2-濃度，把BaSO₄轉(zhuǎn)化為BaCO₃．若測得SO₄^2-的濃度為1.0×10^-4mol•L^-1，則CO₃^2-的濃度需大于多少才不致于生成BaSO₄沉淀？（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）[已知K_sp（BaSO₄）=1.0×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9]．

Answer 1

分析 以重晶石（BaSO₄）為原料制備過氧化氫的流程：由BaSO₄和單質(zhì)碳高溫生成氣體：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑．碳、一氧化碳高溫燃燒生成氣體CO₂，BaS溶于H₂O遇二氧化碳反應(yīng)：BaS+H₂O+CO₂=BaCO₃↓+H₂S，硫化氫燃燒生成二氧化硫，含BaS的固體熱水浸泡，2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂，過濾得到溶液A，通二氧化碳：Ba（HS）₂+CO₂+H₂O=BaCO₃↓+2H₂S，Ba（OH）₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O，氣體②為硫化氫，BaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaO+CO₂↑，2BaO+O₂$\frac{\underline{\;300℃\;}}{\;}$2BaO₂，BaO₂+H₂SO₄=BaSO₄↓+H₂O₂，過濾得產(chǎn)品，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）由于BaSO₄和單質(zhì)碳高溫生成氣體：BaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，碳、一氧化碳高溫燃燒生成氣體CO₂，BaS溶于H₂O遇二氧化碳反應(yīng)：BaS+H₂O+CO₂=BaCO₃↓+H₂S，硫化氫燃燒生成二氧化硫，所以圖1中的氣體①可能①CO②CO₂③SO₂都有；
故答案為：①②；
（2）在硫化鋇中，硫離子水解而使得硫化鋇顯堿性，有堿Ba（OH）₂生成，硫離子水解生成HS^-，即2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
故答案為：2BaS+2H₂O?Ba（OH）₂+Ba（HS）₂；
（3）Ba（OH）₂（aq）+CO₂（g）=BaCO₃（s）+H₂O（l）△H=-162kJ•mol^-1①
2H₂S（g）+Ba（OH）₂（aq）=Ba（HS）₂（aq）+2H₂O（l）△H=-191kJ•mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律將①-②得：Ba（HS）₂（aq）+CO₂（g）+H₂O（l）=BaCO₃（s）+2 H₂S（g）△H=+29kJ•mol^-1，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，加熱可使平衡向正反應(yīng)方向移動，提高BaCO₃產(chǎn)率；
故答案為：+29；上述反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，加熱可使平衡向正反應(yīng)方向移動，提高BaCO₃產(chǎn)率；
（4）BaO₂與H₂SO₄反應(yīng)生成BaSO₄沉淀和H₂O₂，經(jīng)過過濾BaSO₄沉淀，可得到H₂O₂；氣體②的主要成分為H₂S氣體，H₂S氣體和與氧氣反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化硫和氧氣反應(yīng)生成三氧化硫，三氧化硫和水反應(yīng)生成硫酸，所以硫化氫可用來制造H₂SO₄；
故答案為：過濾；H₂SO₄；
（5）有BaSO₄沉淀的溶液中：K_sp（BaSO₄）=cC（Ba²⁺）•C（SO₄^2-）=1×10^-10，若測得SO₄^2-的濃度為1×10^-4mol•L^-1，則：cC（Ba²⁺）=$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-10}}{1×1{0}^{-4}}$=1×10^-6mol•L^-1，即該溶液中Ba²⁺的濃度為1×10^-6mol•L^-1，要生成BaCO₃沉淀，需要滿足cC（Ba²⁺）•C（CO₃^2-）≥K_sp（BaCO₃）=2.5×10^-9
C（CO₃^2-）≥$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-6}}$=2.5×10^-3mol•L^-1；
答：CO₃^2-的濃度需大于2.5×10^-3mol•L^-1才不致于生成BaSO₄沉淀．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計(jì)算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．