Question

18．BaCl₂•xH₂O是用途廣泛的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品．我國目前主要是用鹽酸和硫化鋇（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）反應(yīng)生產(chǎn)BaCl₂•xH₂O，工藝流程如圖所示．

已知：室溫時K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，請回答下列問題：
（1）反應(yīng)Ⅰ中生成的H₂S用足量氨水吸收，一定條件下向所得溶液中通入空氣，又可得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，再生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O═4NH₃•H₂O+2S↓．
（2）所得氯化鋇粗液中含硫化合物（H₂S、HS^-等）影響產(chǎn)品質(zhì)量，可鼓入預(yù)熱后的空氣吹除，預(yù)熱空氣的目的是升高溫度，減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫；沉淀A的主要成分是S．
（3）熱空氣吹除時會有部分HS^-轉(zhuǎn)變?yōu)镾₂O${\;}_{3}^{2-}$，使產(chǎn)品仍達(dá)不到純度要求，可再進(jìn)行酸化脫硫，酸化脫硫時的離子方程式為S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+SO₂↑+H₂O．
（4）室溫時，若加堿調(diào)溶液pH調(diào)至9，則完全沉淀的離子是Fe³⁺，另一離子濃度為0.18mol/L（當(dāng)溶液中離子濃度小于1×10^-5 mol/L時認(rèn)為該離子完全沉淀）．
若向0.1mol/L FeCl₃溶液中加入一定量等濃度的Na₂CO₃溶液，出現(xiàn)的現(xiàn)象產(chǎn)生紅褐色沉淀并有氣體放出，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
（5）將足量的SO₂氣體通入BaCl₂溶液中有無明顯現(xiàn)象無（填“有”或“無”），向NaOH溶液中通入足量的SO₂氣體，寫出所得溶液離子濃度的大小順序c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 用鹽酸和硫化鋇（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）反應(yīng)生產(chǎn)BaCl₂•xH₂O，硫化鋇（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）和鹽酸反應(yīng)生成硫化氫氣體，所得氯化鋇粗液中含硫化合物（H₂S、HS^-等）影響產(chǎn)品質(zhì)量，可鼓入預(yù)熱后的空氣吹除，硫化氫被氧氣氧化生成沉淀A為單質(zhì)硫，加入堿溶液調(diào)節(jié)溶液PH除去Mg²⁺和Fe³⁺，得到沉淀B為Mg（OH）₂和Fe（OH）₃，得到氯化鋇溶液蒸發(fā)濃縮得到氯化鋇晶體，其中得到的母液循環(huán)使用，
（1）H₂S用足量氨水吸收，會生成硫化銨，空氣中的氧氣能將硫化銨氧化成硫單質(zhì)，據(jù)此寫化學(xué)方程式；
（2）預(yù)熱后的空氣能使溶液溫度升高，從而減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫，同時空氣中有氧氣，能將部分硫化氫氧化成硫單質(zhì)而形成沉淀；
（3）S₂O₃^2-在酸性條件下發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)生成二氧化硫和硫單質(zhì)，根據(jù)電荷守恒和元素守恒可寫出離子方程式；
（4）根據(jù)K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11可知，要使Mg ²⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=1.34×10^-3mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.34×1{0}^{-3}}$=7.5×10-12mol/L，則沉淀完全的PH值為12-lg7.5，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38要使Fe ³⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4×1{0}^{-33}}$mol/L=1.6×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=4-lg6.25，所以當(dāng)Mg ²⁺沉淀完全時Fe ³⁺早已沉淀完全，依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算鎂離子濃度；若向0.1mol/L FeCl₃溶液中加入一定量等濃度的Na₂CO₃溶液發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鐵、二氧化碳；
（5）二氧化硫和氯化鋇溶液不發(fā)生反應(yīng)，向NaOH溶液中通入足量的SO₂氣體反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉溶液，亞硫酸氫根離子電離大于水解程度溶液顯酸性．

解答 解：（1）H₂S用足量氨水吸收，會生成硫化銨，空氣中的氧氣能將硫化銨氧化成硫單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓，
故答案為：2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓；
（2）預(yù)熱后的空氣能使溶液溫度升高，從而減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫，同時空氣中有氧氣，能將部分硫化氫氧化成硫單質(zhì)而形成沉淀，
故答案為：升高溫度，減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫；S；
（3）S₂O₃^2-在酸性條件下發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)生成二氧化硫和硫單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O，
故答案為：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O；
（4）根據(jù)K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11可知，要使Mg ²⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=1.34×10^-3mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.34×1{0}^{-3}}$=7.5×10-12mol/L，則沉淀完全的PH值為12-lg7.5，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38要使Fe ³⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4×1{0}^{-33}}$mol/L=1.6×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=4-lg6.25，所以當(dāng)Mg ²⁺沉淀完全時Fe ³⁺早已沉淀完全，依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算鎂離子濃度c（Mg²⁺）$\frac{1.8×1{0}^{-11}}{（\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}）^{2}}$=0.18mol/L，若向0.1mol/L FeCl₃溶液中加入一定量等濃度的Na₂CO₃溶液發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鐵、二氧化碳，現(xiàn)象為產(chǎn)生紅褐色沉淀并有氣體放出，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：Fe³⁺；0.18； 產(chǎn)生紅褐色沉淀并有氣體放出；2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
（5）二氧化硫和氯化鋇溶液不發(fā)生反應(yīng)，將足量的SO₂氣體通入BaCl₂溶液中有無明顯現(xiàn)象，向NaOH溶液中通入足量的SO₂氣體反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉溶液，亞硫酸氫根離子電離大于水解程度溶液顯酸性，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案為：無；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

點(diǎn)評 本題考查了BaCl₂•2H₂O制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，為高考的熱點(diǎn)，正確理解制備流程、反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，涉及知識點(diǎn)較多，有一定的綜合性，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．