Question

自然界的礦物中有一種重晶石礦的主要成分是BaSO₄，它不溶于任何酸、堿和水，純凈的硫酸鋇可供醫療等方面應用，某同學用重晶石和焦炭為原料，制取純凈硫酸鋇，部分流程如下（設礦物中雜質不與焦炭反應，也不溶于水）：

（1）步驟①中，哪些元素的化合價升高，哪些元素化合價降低？______，
（2）步驟②中溶液A中溶質的化學式：______；
（3）寫出利用溶液A中的溶質為主要原料制取BaSO₄的化學方程式：______．
（4）步驟②產生有毒氣體H₂S，應加以改進，為使實驗既不產生H₂S又能獲得純凈BaSO₄，請你提出改進意見．______；
有關反應的化學方程式是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）分析該步驟中各物質所發生的變化，確定反應前后各物質中元素化合價，找出元素化合價發生改變的元素，可得到元素化合價升降的結論；
（2）根據弱酸鹽能與強酸鹽酸發生復分解反應，利用復分解反應相互交換成分的特點，可判斷溶液A中的溶質；
（3）由溶液A中溶質為氯化鋇的結論，利用氯化鋇能與硫酸或可溶性硫酸鹽發生復分解反應的性質，選取一種可溶性硫酸鹽與氯化鋇反應即可得到硫酸鋇，寫出該反應的化學方程式；
（4）根據鹽類物質的性質特點，可溶于水的硫化鋇可與可溶性硫酸鹽發生復分解反應而生成硫酸鋇和另外一種鹽，滿足了不產生硫化氫氣體污染物的要求，按此思路確定反應并寫出反應的化學方程式．
解答：解：（1）雜質不參與反應，因此不考慮雜質中的元素；而反應前BaSO₄與C中Ba、S、O、C元素的化合價分別為+2、+6、-2、0，反應后BaS、CO中Ba、S、O、C元素的化合價分別為+2、-2、-2、+2，因此可判斷碳元素化合價由0升高至+2，而硫元素的化合價由+6降低至-2；
（2）硫化鋇與鹽酸反應生成硫化氫氣體，可判斷反應的化學方程式為BaS+2HCl=BaCl₂+H₂S↑，因此該步反應中所得溶液A中溶質為氯化鋇，其化學式為BaCl₂；
（3）利用氯化鋇能與硫酸鈉等發生復分解反應生成硫酸鋇的氯化鈉的轉化關系，可使用氯化鋇與硫酸鈉反應，反應的化學方程式為BaCl₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaCl；
（4）利用硫化鋇這種鹽與可溶解性硫酸鹽能生成硫酸鋇和另一種鹽，既可避免與鹽酸反應放出有毒氣體硫化氫又可直接轉化為硫酸鋇，因此可采取在步驟②中加入硫酸鈉，反應后過濾并洗滌除去附在固體表面的溶液，得到較為純凈的硫酸鋇，反應的化學方程式為BaS+Na₂SO₄=BaSO₄↓+Na₂S；
故答案為：
（1）碳元素化合價升高，硫元素化合價降低；
（2）BaCl₂；
（3）BaCl₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaCl；
（4）可在步驟②中加入Na₂SO₄，然后過濾，洗滌后可得純凈BaSO₄； BaS+Na₂SO₄=BaSO₄↓+Na₂S．
點評：根據硫化鋇的組成特點及能與鹽酸反應的事實，結合鹽類物質的通性得出硫化鋇可與硫酸鹽反應，此為解答本題時需要生成的新的認知．