Question

11．磷石膏是在磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時產(chǎn)生的固體廢渣，主要成分是CaSO₄•2H₂O，
研究其綜合利用對防止環(huán)境污染與資源浪費意義重大．回答下列問題：
（1）CaSO₄•2H₂O脫水反應相關的熱化學方程式為：
CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2kJ•mol^-1
CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H₂=+26kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H₃-44kJ•mol^-1
則反應CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g）的△H₄=30.8．
（2）用合適的還原劑可以將CaSO₄還原，所得SO₂可用于工業(yè)生產(chǎn)硫酸．
①以CO作還原劑，改變反應溫度可得到不同的產(chǎn)物．不同溫度下反應后所得固體成分的物質(zhì)的量如圖1所示．在低于800℃時主要還原產(chǎn)物為CaS（填化學式）；高于800℃時主要發(fā)生的反應的化學方程式為CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑．

②以高硫煤為還原劑焙燒2.5小時．不同條件對硫化鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示．CaCl₂的作用是作催化劑；當溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同，其原因是兩種情況下反應均達到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)已知熱化學方程式構建目標方程式，根據(jù)蓋斯定律計算得到目標方程式的反應熱；
（2）①從圖示1可知在低于800℃時主要還原產(chǎn)物為CaS，高于800℃時主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應生成氧化鈣和二氧化硫；
②無氯化鈣和有氯化鈣存在的反應，最終平衡相同，僅改變反應歷程，所以CaCl₂為催化劑；當溫度高于1200℃時，達到平衡，因催化劑不能改變平衡，所以無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同．

解答 解：（1）已知①CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（g）△H₁=+83.2kJ•mol^-1
②CaSO₄•2H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H₂=+26kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃-44kJ•mol^-1
將②-③×2-①得CaSO₄•$\frac{1}{2}$H₂O（s）═CaSO₄（s）+$\frac{1}{2}$H₂O（g），則△H₄=[26kJ•mol^-1-（-44kJ•mol^-1）×2-83.2kJ•mol^-1]=30.8kJ•mol^-1，
故答案為：30.8；
（2）①從圖示1可知，在低于800℃時，CaS成分的物質(zhì)的量為1，而CaO的物質(zhì)的量幾乎為0，所以在低于800℃時主要還原產(chǎn)物為CaS，高于800℃時主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑，氧化鈣的物質(zhì)的量增加，硫化鈣的物質(zhì)的量減小，
故答案為：CaS；CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑；
②催化劑僅能改變反應的速率，改變反應歷程，但不能改變化學平衡，從圖示可知，當溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同，所以CaCl₂的作用是作催化劑，當溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的反應兩種情況下反應均達到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動，
故答案為：作催化劑；兩種情況下反應均達到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動．

點評 本題考查反應熱的計算、化學平衡移動影響因素、化學方程式的書寫，掌握蓋斯定律的熟練應用以及催化劑對平衡的影響是解答關鍵，題目難度中等．