Question

（2013?浙江模擬）某興趣小組探究以芒硝（Na₂SO₄?10H₂O）和CaO為原料制備Na₂CO₃．
（1）將CaO水化后，與芒硝形成Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元體系，反應(yīng)后過濾，向濾液中通入CO₂，期望得到Na₂CO₃．三元體系中反應(yīng)的離子方程式為：
SO₄^2-+Ca（OH）₂+2H₂O?CaSO₄?2H₂O+2OH^-，△H=-15.6kJ?mol^-1
該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

c2(OH-)

c(SO42-)

．
該反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進行，則可判斷△S

＜

0 （填“＞”或“＜”）．
（2）往Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元體系中添加適量的某種酸性物質(zhì)，控制pH=12.3[即c（OH^-）為0.02mol?L^-1]，可使反應(yīng)在常溫下容易進行．反應(yīng)后過濾，再向濾液中通CO₂，進一步處理得到Na₂CO₃．
①在Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元體系中不直接通入CO₂，其理由是

堿性條件下CO₂與Ca²⁺生成難溶物CaCO₃

；
②用平衡移動原理解釋添加酸性物質(zhì)的理由

酸性物質(zhì)與OH^-反應(yīng)，使平衡向生成CaSO₄?2H₂O的方向進行

；
以HA表示所添加的酸性物質(zhì)，則總反應(yīng)的離子方程式可寫為

SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄?2H₂O↓+2A^-

．
③添加的酸性物質(zhì)須滿足的條件（寫出兩點）是

不與Ca²⁺生成難溶物

、

酸性比碳酸弱

．
④已知：某溫度下，K_sp[Ca（OH）₂]=5.2×10^-6，K_sp（CaCaSO₄）=1.3×10^-4，設(shè)

SO

2- 4

的初始濃度為b mol?L^-1，轉(zhuǎn)化率為α，寫出α與b的關(guān)系式

α=

b-0.01

b

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式；由于只要△H＜0且△S＞0，則反應(yīng)可以在任何溫度下自發(fā)，現(xiàn)在在常溫下無法自發(fā)，則說明△S應(yīng)該＜0；
（2）①由于在堿性條件下，CO₂與Ca²⁺生成難溶物CaCO₃；
②氫離子能夠中和氫氧根離子，使平衡向生成CaSO₄?2H₂O的方向進行；HA的酸性比碳酸酸性若，寫成分子式；
③添加的酸性物質(zhì)不能不與Ca²⁺生成難溶物、酸性比碳酸弱；
④根據(jù)氫氧化鈣和硫酸鈣的離子積計算出溶液中硫酸根離子的濃度，再利用硫酸根離子轉(zhuǎn)化率α、總濃度b找出關(guān)系式．

解答：解：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達式，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

c2(OH-)

c(SO42-)

；只要△H＜0且△S＞0，則反應(yīng)可以在任何溫度下自發(fā)，現(xiàn)在在常溫下無法自發(fā)，則說明△S應(yīng)該＜0；
故答案啊啊為：

c2(OH-)

c(SO42-)

；＜；
（2）①在堿性條件下CO₂與Ca²⁺生成難溶物CaCO₃，所以不直接通入CO₂，
故答案為：堿性條件下CO₂與Ca²⁺生成難溶物CaCO₃；
②加入酸性物質(zhì)，氫離子可以中和氫氧根離子，使平衡向著生成CaSO₄?2H₂O的方向進行；以HA表示所添加的酸性物質(zhì)，由于HA酸性要小于碳酸酸性，反正方程式中應(yīng)該寫成分子式，所以總反應(yīng)的離子方程式為SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄?2H₂O↓+2A^-，
故答案為：酸性物質(zhì)與OH^-反應(yīng)，使平衡向生成CaSO₄?2H₂O的方向進行；SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄?2H₂O↓+2A^-；
③添加的酸性物質(zhì)酸性要比碳酸的若，且不能與鈣離子生成沉淀，這樣才能生成硫酸鈣晶體，
故答案為：不與Ca²⁺生成難溶物；酸性比碳酸弱；
④Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元體系中添加適量的某種酸性物質(zhì)，控制pH=12.3[即c（OH^-）為0.02mol?L^-1]，先依據(jù)Ca（OH）₂的K_sp求出Ca²⁺離子濃度為：

5.2×10-6

(0.02)2

mol/L=1.3×10^-2 mol/L，依據(jù)CaSO₄的K_sp求出混合體系中存在的硫酸根離子的濃度c（SO₄^2-）=

1.3×10-4

1.3×10-2

mol/L=0.01mol，
所以SO₄^2-轉(zhuǎn)化率為α=

b-0.01

b

，
故答案為：α=

b-0.01

b

．

點評：本題考查了硫酸鈣晶體的制取，涉及了化學平衡常數(shù)表達式書寫、試劑選擇、轉(zhuǎn)化率計算等知識，是一道比較綜合的練習，本題難度中等．