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CaSO4•2H2O.
(1)CaSO4•2H2O脫水反應(yīng)相關(guān)的熱化學(xué)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)+2H2O(l)△H2=26kJ•mol-1
H2O(g)=H2O(l)△H3=-44kJ•mol-1
則反應(yīng)CaSO4•$\frac{1}{2}$H2O(s)═CaSO4(s)+$\frac{1}{2}$H2O(g)的△H4=30.8kJ•mol-1
(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(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+3CaSO4$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO2↑.
②以高硫煤為還原劑焙燒2.5 小時(shí),不同條件對硫酸鈣轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示.CaCl2的作用是作催化劑;當(dāng)溫度高于1200℃時(shí),無論有無CaCl2,CaSO4的轉(zhuǎn)化率趨于相同,其原因是兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡,催化劑CaCl2不改變平衡的移動(dòng).
③以C作還原劑,向密閉容器中加入相同質(zhì)量的幾組不同$\frac{C}{S}$值(炭粉與CaSO4的物質(zhì)的量之比)的混合物在1100℃加熱,結(jié)果如圖3所示.當(dāng)$\frac{C}{S}$值為0.5時(shí),反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO2和CO2;當(dāng)$\frac{C}{S}$值大于0.7時(shí),反應(yīng)所得氣體中SO2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CO2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(CaSO4)=7.10×10-5,Ksp(CaCO3)=6.2125×10-7,利用反應(yīng)CaSO4(s)+(NH42CO3(aq)?CaCO3(s)+(NH42SO4(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(SO42-)=2.0mol•L-1,此時(shí)溶液中c(CO32-)=1.75×10-2 mol•L-1

分析 (1)依據(jù)已知熱化學(xué)方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式,根據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到目標(biāo)方程式的反應(yīng)熱;
(2)①從圖示1可知在低于800℃時(shí)主要還原產(chǎn)物為CaS,高于800℃時(shí)主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應(yīng)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(yīng),最終平衡相同,僅改變反應(yīng)歷程,所以CaCl2為催化劑;當(dāng)溫度高于1200℃時(shí),達(dá)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;
③碳和二氧化碳在高溫條件下反應(yīng)生成氣體一氧化碳,所以當(dāng)$\frac{C}{S}$值大于0.7時(shí),反應(yīng)所得氣體中SO2的體積分?jǐn)?shù)不升反降,也可能硫轉(zhuǎn)化成其它物質(zhì);
(3)反應(yīng)的離子方程式為CaSO4(s)+CO32-(aq)?SO42-(aq)+CaCO3(s),根據(jù)Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)×c(SO42-),Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)×c(CO32-)計(jì)算c(CO32-).

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)+2H2O(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(shí),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(shí)主要還原產(chǎn)物為CaS,高于800℃時(shí)主要發(fā)生硫化鈣和硫酸鈣反應(yīng)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\;}}{\;}$4CaO+4SO2↑;
②催化劑僅能改變反應(yīng)的速率,改變反應(yīng)歷程,但不能改變化學(xué)平衡,從圖示可知,當(dāng)溫度高于1200℃時(shí),無論有無CaCl2,CaSO4的轉(zhuǎn)化率趨于相同,所以CaCl2的作用是作催化劑,當(dāng)溫度高于1200℃時(shí),無論有無CaCl2,CaSO4的反應(yīng)兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡,催化劑CaCl2不改變平衡的移動(dòng),
故答案為:作催化劑;兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡,催化劑CaCl2不改變平衡的移動(dòng);
③當(dāng)$\frac{C}{S}$值大于0.7時(shí),高溫下,過量的C與CO2反應(yīng)生成CO氣體,反應(yīng)產(chǎn)物為CaO、SO2和CO2、CO,使氣體總體積增大,也可能硫酸鈣部分轉(zhuǎn)化為其他含硫物質(zhì),
故答案為:高溫下,過量的C與CO2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)反應(yīng)的離子方程式為CaSO4(s)+CO32-(aq)?SO42-(aq)+CaCO3(s),若反應(yīng)達(dá)到平衡后溶液中c(SO42-)=2.0mol•L-1,已知Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)×c(SO42-)=7.10×10-5,c(Ca2+)=3.55×10-5mol•L-1,Ksp(CaCO3)=6.2125×10-7,Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)×c(CO32-),c(CO32-)=1.75×10-2 mol•L-1,
故答案為:1.75×10-2 mol•L-1

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素、沉淀溶解平衡的計(jì)算,掌握蓋斯定律的熟練應(yīng)用以及催化劑對平衡的影響是解答關(guān)鍵,題目難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

12.下列各組分子中,都屬于含極性鍵的非極性分子的是(  )
A.CO2H2SB.NH3  HClC.P4   CCl4D.C2H4 CH4

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

13.已知,下列說法錯(cuò)誤的是(  )
A.X分子中所有碳原子一定在同一平面上
B.X與乙烯不屬于同系物
C.Y可發(fā)生取代反應(yīng)、氧化反應(yīng)
D.Y的含有相同官能團(tuán)的同分異構(gòu)體有8種(不考慮立體異構(gòu))

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.下列電極反應(yīng)式與出現(xiàn)的環(huán)境相匹配的是( 。
選項(xiàng)電極反應(yīng)式出現(xiàn)的環(huán)境
AO2+2H2O+4e-═4OH-堿性環(huán)境下氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)
B4OH--4e-═O2↑+2H2O弱酸性環(huán)境下鋼鐵的吸氧腐蝕
CCu-2e-═Cu2+用銅做電極電解NaOH溶液的陽極反應(yīng)
DH2-2e-═2H+用惰性電極電解H2SO4溶液的陽極反應(yīng)
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

2.綠礬(FeSO4•7H2O)可作還原劑、著色劑、制藥等,在不同溫度下分解,產(chǎn)物可能有各種鐵的氧化物、硫的氧化物、氧氣、水.
已知SO3是一種無色晶體,熔點(diǎn)16.8℃,沸點(diǎn)44.8℃,氧化性及脫水性較濃硫酸強(qiáng),能漂白某些有機(jī)染料,如品紅等.回答下列問題:

(1)甲組同學(xué)按照如圖(A-C)所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)綠礬的分解產(chǎn)物,裝置B中可觀察到的現(xiàn)象是品紅溶液褪色,甲組由此得出綠礬的分解產(chǎn)物中含有SO2,裝置C的作用是吸收尾氣,防止SO2(SO3)等氣體擴(kuò)散到空氣中污染環(huán)境;乙組同學(xué)認(rèn)為甲組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論不嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)為需要補(bǔ)做實(shí)驗(yàn),乙對甲組同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)的B裝置的試管加熱,發(fā)現(xiàn)褪色的品紅溶液未恢復(fù)紅色,可證明綠礬分解的產(chǎn)物中BC(填字母).
A.不含SO2B.可能含SO2C.一定含有SO3
(2)丙組同學(xué)選用甲組同學(xué)的部分裝置和圖(D-G)裝置設(shè)計(jì)出了一套檢驗(yàn)綠礬分解后所有氣態(tài)產(chǎn)物的裝置:
①乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置中,依次連接的合理順序?yàn)锳EFBDG(填裝置序號);
②能證明分解產(chǎn)物中有O2的實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象是把G中的導(dǎo)管移出水面,撤走酒精燈,用姆指堵住試管口,取出試管,立即把帶火星的木條伸入試管口內(nèi),木條復(fù)燃,證明試管中收集的氣體是氧氣;
③能證明分解產(chǎn)物中有SO2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是品紅溶液退色.
(3)為證明綠礬分解產(chǎn)物中含有三價(jià)鐵,選用的實(shí)驗(yàn)儀器有試管,藥匙、膠頭滴管;選用的試劑為鹽酸、KSCN溶液.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

12.氮化鋁(AlN)是一種新型無機(jī)非金屬材料,為了分析某AlN樣品(樣品中的雜質(zhì)不與NaOH溶液反應(yīng))中AlN的含量,某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下兩種實(shí)驗(yàn)方案.已知:AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3
【方案1】取一定量的樣品,用圖1裝置測定樣品中AlN的純度(夾持裝置已略去).

(1)圖1C裝置中球形干燥管的作用是防止倒吸.
(2)完成以下實(shí)驗(yàn)步驟:組裝好實(shí)驗(yàn)裝置,首先檢查裝置的氣密性,再加入實(shí)驗(yàn)藥品.接下來的實(shí)驗(yàn)操作是關(guān)閉K1,打開K2,打開分液漏斗活塞,加入NaOH濃溶液,至不再產(chǎn)生氣體.打開K1,通入氮?dú)庖欢螘r(shí)間,測定C裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化.通入氮?dú)獾哪康氖前蜒b置中殘留的氨氣全部趕入C裝置.
(3)由于上述裝置還存在缺陷,導(dǎo)致測定結(jié)果偏高,請?zhí)岢龈倪M(jìn)意見C裝置出口處連接一個(gè)干燥裝置.
【方案2】按圖2步驟測定樣品中A1N的純度:
(4)圖2步驟②生成沉淀的離子方程式為CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓.
(5)圖2步驟③的操作是過濾、洗滌.A1N的純度是$\frac{41{m}_{2}}{51{m}_{1}}$×100%(用m1、m2表示).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.已知在298K和101kPa條件下,有如下反應(yīng):
反應(yīng)Ⅰ:C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=-393.5kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅱ:2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H2=-221kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅲ:N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H3=+180.5kJ•mol-1
試回答下列問題:
(1)汽車尾氣凈化原理為反應(yīng)Ⅳ:2NO(g)+2CO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H=-746.5 kJ•mol-1,該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫.(填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”).
(2)如果在一定溫度下,體積為 2 升的密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Ⅳ,0~4min各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化如下表所示:
物質(zhì)(mol)
時(shí)間
NOCON2CO2
起始0.401.0
2min 末2.00.801.6
4min 末1.6
①求 0~2min 內(nèi)用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)=0.10mol•Lˉ1•minˉ1
②試計(jì)算該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)平衡常數(shù) K=1.6.
(3)若一定溫度下,在容積可變的密閉容器中,上述反應(yīng)Ⅳ達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)容積為3L,c(N2)隨時(shí)間 t 的變化曲線 x 如圖所示.
①若在 t2min時(shí)改變一個(gè)條件,c(N2)隨反應(yīng)時(shí)間 t 的變化如曲線 y 所示,則改變的條件是快速將容器體積由3L壓縮到2L.
②若在t2min時(shí)升高溫度,t3min時(shí)重新達(dá)到平衡,請?jiān)趫D中畫出在 t2~t4內(nèi) c(N2)的變化曲線.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.下列敘述或事實(shí),能用勒夏特列原理解釋的是( 。
A.為除去酸性CuCl2溶液中含有的少量Fe3+,可在加熱、攪拌的條件下加入氨水,過濾后,再向?yàn)V液中加入適量鹽酸
B.在工業(yè)合成NH3的反應(yīng)中,采取高溫措施
C.恒溫下,對平衡體系H2(g)+Br2(g)?2HBr(g)加壓,可使氣體顏色變深
D.向飽和氯化鈉溶液中不斷緩慢地通入HCl氣體,會(huì)析出晶體

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

17.下列化學(xué)用語表述正確的是(  )
A.氯氣的電子式:B.氮?dú)獾慕Y(jié)構(gòu)式:
C.F的結(jié)構(gòu)示意圖:D.H2O2的電子式:

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