Question

13．磷石膏（主要成分是CaSO₄•2H₂O）是磷酸及磷肥類工業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種廢渣，我國每年排放的磷石膏大約2000萬噸以上，開發(fā)利用磷石膏，保護(hù)資源和環(huán)境，符合持續(xù)發(fā)展的觀念．圖1所示為對磷石膏進(jìn)行綜合利用的路徑之一．

（1）過程Ⅰ中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）過程Ⅱ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．
①CO作還原劑，改變反應(yīng)溫度可得到不同的產(chǎn)物．不同溫度下所得固體成分的物質(zhì)的量如圖2所示．在低于800℃時還原產(chǎn)物為；1200℃時主要發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaS+3CaSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑．

②高硫煤作還原劑，焙燒2.5小時，測不同溫度下硫酸鈣的轉(zhuǎn)化率，如圖3所示．CaCl₂的作用是作催化劑；當(dāng)溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同，其原因是催化劑CaCl₂不改變平衡的限度．

③以SO₂為原料，工業(yè)生產(chǎn)硫酸的化學(xué)方程式是2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃，SO₃+H₂O=H₂SO₄．
（3）過程III將CaSO₄投入（NH₄）₂CO₃溶液中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃↓+SO₄^2-．

Answer 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)蓋斯定律計算得到目標(biāo)方程式的反應(yīng)熱；
（2）①從圖示2可知在低于800℃時主要還原產(chǎn)物為CaS，高于800℃時主要發(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，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；
③二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸；
（3）碳酸鈣更難溶，碳酸銨與硫酸鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和磷酸銨．

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2可知，在低于800℃時，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℃時主要還原產(chǎn)物為CaS，高于800℃時主要發(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\;}}{\;}$4CaO+4SO₂↑；
②催化劑僅能改變反應(yīng)的速率，改變反應(yīng)歷程，但不能改變化學(xué)平衡，從圖示可知，當(dāng)溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的轉(zhuǎn)化率趨于相同，所以CaCl₂的作用是作催化劑，當(dāng)溫度高于1200℃時，無論有無CaCl₂，CaSO₄的反應(yīng)兩種情況下反應(yīng)均達(dá)到平衡，催化劑CaCl₂不改變平衡的移動，
故答案為：作催化劑；催化劑CaCl₂不改變平衡的限度；
③SO₂與水反應(yīng)生成SO₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃；三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，反應(yīng)方程式為：SO₃+H₂O=H₂SO₄，
故答案為：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃；SO₃+H₂O=H₂SO₄；
（3）將CaSO₄投入（NH₄）₂CO₃溶液中，實(shí)現(xiàn)了沉淀的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)的離子方程式為：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃↓+SO₄^2-，
故答案為：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃↓+SO₄^2-．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)制備、反應(yīng)熱與焓變的應(yīng)用、化學(xué)平衡的影響等知識，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榻獯痍P(guān)鍵，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容、化學(xué)平衡及其影響，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及綜合應(yīng)用能力．