7.磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸排出的工業(yè)廢渣,主要成分是CaSO
4•2H
2O.
(1)CaSO
4•2H
2O脫水反應(yīng)相關(guān)的熱化學(xué)方程式為:
CaSO
4•2H
2O(s)═CaSO
4•$\frac{1}{2}$H
2O(s)+$\frac{3}{2}$H
2O(g)△H
1=83.2kJ•mol
-1CaSO
4•2H
2O(s)═CaSO
4(s)+2H
2O(l)△H
2=26kJ•mol
-1H
2O(g)=H
2O(l)△H
3=-44kJ•mol
-1則反應(yīng)CaSO
4•$\frac{1}{2}$H
2O(s)═CaSO
4(s)+$\frac{1}{2}$H
2O(g)的△H
4=30.8kJ•mol
-1.
(2)用合適的還原劑可以將CaSO
4還原,所得SO
2可用于工業(yè)生產(chǎn)硫酸.
①以CO作還原劑,改變反應(yīng)溫度可得到不同的產(chǎn)物.不同溫度下反應(yīng)后所得固體成分的物質(zhì)的量如圖1所示.在低于800℃時(shí)主要還原產(chǎn)物為CaS;高于800℃時(shí)主要發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaS+3CaSO
4$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO
2↑.
②以高硫煤為還原劑焙燒2.5 小時(shí),不同條件對(duì)硫酸鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示.CaCl
2的作用是作催化劑;當(dāng)溫度高于1200℃時(shí),無論有無CaCl
2,CaSO
4的轉(zhuǎn)化率趨于相同,其原因是兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡,催化劑CaCl
2不改變平衡的移動(dòng).
③以C作還原劑,向密閉容器中加入相同質(zhì)量的幾組不同$\frac{C}{S}$值(炭粉與CaSO
4的物質(zhì)的量之比)的混合物在1100℃加熱,結(jié)果如圖3所示.當(dāng)$\frac{C}{S}$值為0.5時(shí),反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO
2和CO
2;當(dāng)$\frac{C}{S}$值大于0.7時(shí),反應(yīng)所得氣體中SO
2的體積分?jǐn)?shù)不升反降,其主要原因可能是高溫下,過量的C與CO
2反應(yīng)生成CO,使氣體總體積增大(或部分轉(zhuǎn)化為其他含硫物質(zhì)).
(3)已知Ksp(CaSO
4)=7.10×10
-5,Ksp(CaCO
3)=6.2125×10
-7,利用反應(yīng)CaSO
4(s)+(NH
4)
2CO
3(aq)?CaCO
3(s)+(NH
4)
2SO
4(aq)可以將磷石膏轉(zhuǎn)化為硫酸銨.若反應(yīng)達(dá)到平衡后溶液中c(SO
42-)=2.0mol•L
-1,此時(shí)溶液中c(CO
32-)=1.75×10
-2 mol•L
-1.