【題目】工業(yè)廢料石膏(CaSO42H2O)可以“變廢為寶”,用于生產(chǎn)氧化鈣、硫酸鉀、電石(化學(xué)名稱為碳化鈣)等。某研究性學(xué)習(xí)小組展開了如下系列研究。

一.高純CaO的制備

【資料一】

Ⅰ.無水硫酸銅遇水變成藍(lán)色的硫酸銅晶體。

.石膏(CaSO42H2O)與碳粉高溫煅燒生成氧化鈣和幾種氣態(tài)非金屬氧化物。

.SO2能使品紅溶液褪色,也能使澄清石灰水變渾濁,還能被高錳酸鉀溶液氧化而除去。

甲同學(xué)用如下裝置制備CaO并驗(yàn)證石膏與焦炭高溫反應(yīng)的其他產(chǎn)物。

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn):B中無水硫酸銅變藍(lán),C中產(chǎn)生_____________現(xiàn)象證明有SO2生成,裝置_____中無明顯變化和裝置F_____________現(xiàn)象證明有CO2生成。寫出石膏與碳粉在高溫條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式:___________________。

二.硫酸鉀和電石的制備

乙同學(xué)模擬生產(chǎn)化肥硫酸鉀和電石的流程如下:

【資料二】氧化鈣與焦炭在高溫下反應(yīng)生成碳化鈣和一氧化碳。

(1)反應(yīng)①的化學(xué)方程式為__________________________。證明固體M中不含CaCO3的方法是____________________________(寫出實(shí)驗(yàn)的方法、現(xiàn)象)。

(2)反應(yīng)②的化學(xué)方程式為(NH4)2SO4 + 2KCl ═ K2SO4↓+ 2NH4Cl,該反應(yīng)能析出K2SO4晶體的原因是_____________________________________

(3)假設(shè)上述流程中制得的碳化鈣(化學(xué)式為CaCx)固體中只含雜質(zhì)CaO,乙小組同學(xué)為測(cè)定CaCx中x的值進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。

【資料三】碳化鈣在空氣中灼燒生成氧化鈣和二氧化碳?xì)怏w。

步驟一:稱取3.76g樣品于下圖所示石英管中(測(cè)定裝置圖如下,夾持及加熱裝置省略),反應(yīng)前緩緩?fù)ㄈ肟諝,高溫灼燒石英管中的樣品至反?yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝,測(cè)得丙溶液的質(zhì)量比反應(yīng)前增重了4.4g。(玻璃纖維可防止固體粉末進(jìn)入導(dǎo)管)

步驟二:將石英管內(nèi)剩余固體全部轉(zhuǎn)移到水中,加入足量碳酸鈉溶液,經(jīng)攪拌、過濾、洗滌、干燥等操作得到碳酸鈣固體6克。試回答下列問題:

①裝置甲的作用是_______。反應(yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖?/span>_________。

②根據(jù)步驟一、二計(jì)算該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為______________,計(jì)算確定CaCx的化學(xué)式(請(qǐng)寫出計(jì)算過程)________。

③應(yīng)用:丙同學(xué)經(jīng)查閱資料知道實(shí)驗(yàn)室常用電石(主要成分為碳化鈣)與水反應(yīng)制取乙炔氣體(發(fā)生裝置如圖)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),電石與水反應(yīng)非常劇烈,為控制反應(yīng)的速度以得到平穩(wěn)的氣流,下列改進(jìn)方法可行的是______。

A.改長(zhǎng)頸漏斗為分液漏斗或注射器 B.將電石研成粉末

C.將錐形瓶置于冰水浴中 D.用飽和食鹽水代替水(電石與氯化鈉不反應(yīng))

【答案】 品紅溶液褪色 E 澄清石灰水變渾濁 2CaSO42H2O + C2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O CaSO4+ (NH4)2CO3==CaCO3↓+(NH4)2 SO4 取樣,加入足量稀鹽酸,無氣泡冒出 該溫度下,K2SO4的溶解度小 除去空氣中的CO2氣體 使殘留在裝置內(nèi)的CO2氣體被丙裝置充分吸收 30∶15∶2 CaC2 ACD

【解析】一、由題意“SO2能使品紅溶液褪色,可得C中產(chǎn)生品紅溶液褪色現(xiàn)象,證明有SO2生成,SO2也能使澄清石灰水變渾濁,所以要證明CO2先要除去SO2,裝置E中無明顯變化和裝置F中澄清石灰水變渾濁,證明有CO2生成,可得石膏(CaSO42H2O)與碳粉高溫煅燒生成氧化鈣和二氧化硫、二氧化碳,還有水,化學(xué)方程式為:2CaSO42H2O + C2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O;

二、(1)碳酸銨與硫酸鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨,化學(xué)方程式為:CaSO4+ (NH4)2CO3=CaCO3↓+(NH4)2SO4;證明固體M中不含CaCO3,也就是證明其中不含碳酸根離子,可以加入足量稀鹽酸,無氣泡冒出,則說明沒有;

2)該溫度下,K2SO4的溶解度小,所以會(huì)達(dá)到飽和而析出;

3①裝置甲中的氫氧化鈉除去空氣中的CO2氣體,防止空氣中的二氧化碳影響計(jì)算;反應(yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖鞘箽埩粼谘b置內(nèi)的CO2氣體被丙裝置充分吸收,使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

②根據(jù)質(zhì)量守恒,二氧化碳中的碳即為樣品中的碳,為4.4g× ×100%=1.2g;第二步碳酸鈣固體中的鈣即為樣品中的鈣,為6g× ×100%=2.4g;所以樣品中氧的質(zhì)量比為3.76g-1.2g-2.4g=0.16g該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為2.4g1.2g0.16g=30152;氧化鈣中鈣、氧的質(zhì)量比為40:16=5:2,所以CaCx的中鈣、碳的質(zhì)量比為4012x=30-515,x=2,所以化學(xué)式為CaC2;

③為控制反應(yīng)的速度以得到平穩(wěn)的氣流,就要控制液體加入的速率,長(zhǎng)頸漏斗為分液漏斗或注射器,或?qū)囟冉档停ɡ鐚㈠F形瓶置于冰水浴中),或減小反應(yīng)物的濃度(例如用飽和食鹽水代替水)。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(1)20℃時(shí),在實(shí)驗(yàn)室用98 %的濃硫酸配制20%的硫酸溶液:

①若要配制49g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硫酸,所需要水的質(zhì)量為_______g。

②用到的儀器有:燒杯、玻璃棒和_________。(填儀器的序號(hào))

A.托盤天平(帶砝碼盒) B.藥匙 C. 膠頭滴管

D. 200mL量筒 E.50mL量筒 F. 10mL量筒

③從下表中找出稀釋過程需要用到的數(shù)據(jù):_____________ g/cm3.

硫酸溶液的密度(單位:g/cm3

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/ %

10℃

20℃

30℃

20 %

1.145

1.139

1.133

98 %

1.846

1.836

1.826

(2)為探究98 %的濃硫酸和20%的稀硫酸的性質(zhì)差別,某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):

該同學(xué)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_________(填“濃”或“稀”)硫酸使白紙?zhí)炕,說明即使是同種酸,由于_______________不同,它們的性質(zhì)不完全相同。

(3)某化學(xué)學(xué)習(xí)小組研究硫酸的性質(zhì),將20%硫酸溶液放入試管中,如圖所示(裝置氣密性良好),再向試管中加入某物質(zhì)后,溫度計(jì)溫度升高,該物質(zhì)是_______________ 。

A. 鋅粒 B. 冰塊 C. 銅塊

D. 氯化鈉 E.氫氧化鈉

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