Question

【題目】以重晶石(BaSO4為主，含有鈣等雜質)為原料，可按如下工藝生產碳酸鋇：

溫度為1173K～1473K時回轉窯中發生的主要反應：C+O2CO2，C+CO22CO；BaSO4+4CBaS+4CO↑，BaSO4+2CBaS+2CO2↑。

(1)煤粉的主要作用是______________。

(2)若回轉窯中通過量空氣，則BaCO3產率________(填“降低”、“升高”、“不變”)。

(3)用 90～95℃的熱水浸取BaS轉化為可溶性化合物時無氣體生成，此過程反應的化學方程式__________________。

(4)在回轉窯產生的廢氣，其中________可以在碳化過程得到重新利用；硫化鋇黑灰熱水浸取，保溫后熱過濾除去的殘渣也可在其他工業生產中再利用，如廢渣中的 CaSO4可作 ____________(寫一種即可)。

(5)為了得到純凈的BaCO3，省略的操作是_____________________。

(6)已知反應BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，某同學利用該反應在實驗室模擬BaSO4轉化為BaCO3的過程：若每次加入1 L 2 mol/L的Na2CO3溶液，至少需要____次，可以將0.3 mol BaSO4完全轉化為BaCO3。[Ksp(BaSO4)=1×10-10，Ksp(BaCO3)=5×10-9]

Answer 1

【答案】燃燒供熱和作還原劑 降低 2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)2 CO2 建筑材料、制石膏 過濾、洗滌、干燥 8

【解析】

在回轉窯中C與O2反應產生CO2、CO，同時放出大量的熱，C與BaSO4反應產生BaS，然后將BaS、C的混合物用熱水浸取，發生反應2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)2，過濾除去C單質，向可溶性混合物的水溶液中通入適量CO2氣體，反應產生BaCO3沉淀，再經過濾、洗滌、干燥可得到純凈的BaCO3。

(1)在回轉窯中加入煤粉和重晶石，在溫度為1173K～1473K時回轉窯中發生的主要反應：C+O2CO2，C+CO22CO；BaSO4+4CBaS+4CO↑，BaSO4+2CBaS+2CO2↑；煤粉燃燒放出大量的熱，且C與BaSO4反應生成BaS的反應中C為還原劑，可見煤粉的主要作用是燃燒供熱和作還原劑；

(2)若回轉窯中通過量空氣，S元素會部分被氧化，導致BaS的量減少，則由BaS制取得到的BaCO3就會減少，因此最終使BaCO3產率降低；

(3)用 90～95℃的熱水浸取BaS轉化為可溶性化合物時，此時無氣體生成，此過程反應的化學方程式為：2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)2；

(4)在回轉窯產生的廢氣中含有CO、CO2，其中CO2在碳化過程與Ba(HS)2、Ba（OH）2發生反應：Ba2++2HS-+CO2+H2O=BaCO3↓+2H2S↑、CO2+Ba(OH)2=BaCO3↓+H2O，得到重新利用，可用于制取BaCO3；硫化鋇黑灰熱水浸取，保溫后熱過濾除去的殘渣中含有未反應的C單質及CaSO4，也可在其他工業生產中再利用，如廢渣中的 CaSO4可作建筑材料，也可以用于制取石膏；

(5)從反應后的溶液中過濾可得到BaCO3，為了得到純凈的BaCO3，要除去固體表面的雜質離子，所以省略的操作是過濾、洗滌、干燥；

(6)已知反應BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)，假設每次能處理BaSO4的物質的量為x，根據方程式可知反應產生SO42-物質的量為x，反應消耗CO32-后剩余離子物質的量為(2-x)mol，K==0.02，解得x=0.039 mol，所以需要處理的次數為：=7.69，故至少要處理8次。