Question

6．硫酸鋇為強酸強堿的難溶性鹽，俗名叫重晶石．
（1）以濃硫酸為電解質(zhì)，按如圖裝置實驗，小燈泡昏暗．請寫出濃硫酸的電離方程式H₂SO₄?H⁺+HSO₄^-或2H₂SO₄?H₃SO₄⁺+HSO₄^-；向硫酸中撒入硫酸鋇細粉，燈泡會漸漸明亮起來．用化學方程式表示增亮的原因BaSO₄+H₂SO₄=Ba²⁺+2HSO₄^-．
（2）重晶石直接開發(fā)利率很難，目前主要是通過兩種途徑進行開發(fā)：
一是把重晶石碾碎撒入飽和碳酸鈉溶液中，不停攪拌，爾后過濾，將濾渣投入相應(yīng)的酸中溶解，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水溶性鋇鹽．用離子方程式表示碳酸鈉溶液溶蝕硫酸鋇的原理CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-；
其二是高溫熱還原：BaSO₄+4C═BaS+4CO …①
BaSO₄+4H₂═BaS+4H₂O …②．試比較①②兩種還原開發(fā)的優(yōu)劣①原料易得，成本低，不足之處是原料原料率不高，污染嚴重；
②原料利用率高，不足之處是成本高，有副反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)品純度低；．CO能不能還原硫酸鋇？若認為不能，請說明理由，若能，你認為應(yīng)該如何促使反應(yīng)順利進行，寫出反應(yīng)方程式．BaS熱水中易水解，生成的H₂S受熱分解，BaSO₄+4CO=BaS+4CO₂
②中氫可利用煉油中的重油C_xH_y催化氧化還原獲得．其反應(yīng)思路式為：2C_xH_y+4xH₂O?2xCO₂+y+4xH₂，配平該反應(yīng)方程式；指出氧化劑水、C_xH_y；還原劑C_xH_y．
（3）已知：

反應(yīng)溫度	300℃	400℃	500℃	600℃	700℃
平衡常數(shù)	3.8	5.7	8.5	9.2	9.8

①正向反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＞0（“＞”“＜”“=”）；
②較理想的反應(yīng)溫度應(yīng)該控制在500℃．
（4）請運用你所學知識，設(shè)計一個新的開發(fā)重晶石方案BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O[利用生物催化劑，利用厭氧硫化菌]．
（5）從理論上講C_xH_y+H₂O→CO₂+H₂的反應(yīng)是一個焓增、熵增反應(yīng)（從反應(yīng)原理角度回答）；該反應(yīng)的逆向反應(yīng)：CO₂+H₂→C_xH_y+H₂O開發(fā)意義重大，你認為最需要解決的兩大問題分別是①利用綠色能源、②尋找理想催化劑（生物催化劑）．

Answer 1

分析 （1）濃硫酸電離生成氫離子和硫酸氫根離子，且部分電離；加硫酸鋇后，生成鋇離子和硫酸氫根離子，離子濃度增大；
（2）碳酸根離子和硫酸鋇反應(yīng)生成碳酸鋇和硫酸根離子；
①原料易得，成本低，不足之處是原料原料率不高，污染嚴重；
②原料利用率高，不足之處是成本高，有副反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)品純度低；BaS熱水中易水解，生成的H₂S受熱分解；
②中C元素失電子發(fā)生氧化反應(yīng)、H元素得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以烴是還原劑、烴和水是氧化劑，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子配平方程式；
（3）①升高溫度，平衡常數(shù)增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動；
②溫度過高，平衡常數(shù)增大不大，且浪費能源；
（4）根據(jù)BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O知，可以利用生物催化劑及厭氧硫化菌；
（5）該反應(yīng)是一個焓增、熵增反應(yīng)；利用綠色能源，尋找理想催化劑（生物催化劑），不能對環(huán)境產(chǎn)生污染．

解答 解：（1）濃硫酸電離生成氫離子和硫酸氫根離子，且部分電離，所以濃硫酸溶液中離子濃度較少，導(dǎo)電能力較弱，電離方程式為H₂SO₄?H⁺+HSO₄^-或2H₂SO₄?H₃SO₄⁺+HSO₄^-；加硫酸鋇后，生成鋇離子和硫酸氫根離子，離子濃度增大，燈泡變量，離子反應(yīng)方程式為BaSO₄+H₂SO₄=Ba²⁺+2 HSO₄^-，
故答案為：H₂SO₄?H⁺+HSO₄^-或2H₂SO₄?H₃SO₄⁺+HSO₄^-；BaSO₄+H₂SO₄=Ba²⁺+2 HSO₄^-；
（2）雖然碳酸鋇溶度積大于硫酸鋇，但鋇離子和碳酸根離子濃度積常數(shù)遠遠大于其溶度積常數(shù)，所以促進硫酸鋇轉(zhuǎn)化為碳酸鋇，離子方程式為CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-；
①原料易得，成本低，不足之處是原料原料率不高，污染嚴重；
②原料利用率高，不足之處是成本高，有副反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)品純度低，所以②比①好；
BaS熱水中易水解，生成的H₂S受熱分解，從而促進硫酸鋇轉(zhuǎn)化為BaS，反應(yīng)方程式為BaSO₄+4CO=BaS+4CO₂ ；
C_xH_y+H₂O→CO₂+H₂中C元素化合價由-$\frac{y}{x}$變?yōu)?4價、H元素化合價由+1價變?yōu)?價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、原子守恒配平方程式為2C_xH_y+4x H₂O?2xCO₂+（y+4x）H₂，氧化劑是水、C_xH_y；還原劑是C_xH_y，
故答案為：CO₃^2-+BaSO₄?BaCO₃+SO₄^2-；
①原料易得，成本低，不足之處是原料原料率不高，污染嚴重；
②原料利用率高，不足之處是成本高，有副反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)品純度低；
BaS熱水中易水解，生成的H₂S受熱分解，BaSO₄+4CO=BaS+4CO₂；
2；4x；2x；y+4x；水、C_xH_y；C_xH_y
（3）①升高溫度，平衡常數(shù)增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，焓變大于0，故答案為：＞；
②溫度大于時，溫度過高，平衡常數(shù)增大不大，對設(shè)備要求高，浪費能源和金錢，所以選取溫度為500℃，
故答案為：500℃；
（4）根據(jù)知BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O，將硫酸鋇轉(zhuǎn)化為BaS，且不能造成環(huán)境污染，消耗能源較少，可以利用生物催化劑，利用厭氧硫化菌，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，
故答案為：BaSO₄+4H₂=BaS+4H₂O[利用生物催化劑，利用厭氧硫化菌]；
（5）根據(jù)2C_xH_y+4x H₂O?2xCO₂+（y+4x）H₂知，該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，且反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，所以是一個焓增、熵增的反應(yīng)；
該反應(yīng)的逆向反應(yīng)：CO₂+H₂→C_xH_y+H₂O開發(fā)意義重大，該反應(yīng)在反應(yīng)過程中不能產(chǎn)生對環(huán)境有污染的物質(zhì)，選取合適的催化劑，降低反應(yīng)所需活化能，所以最需要解決的兩大問題分別是利用綠色能源，尋找理想催化劑（生物催化劑），
故答案為：焓增、熵增反應(yīng)；利用綠色能源；尋找理想催化劑（生物催化劑）．

點評 本題考查較綜合，涉及氧化還原反應(yīng)方程式的配平、焓變和熵變、難溶物的轉(zhuǎn)化為、電解質(zhì)的電離等知識點，側(cè)重考查基本理論，難點是方程式的配平，注意：溶液導(dǎo)電能力與離子濃度有關(guān)，與電解質(zhì)強弱無關(guān)．