Question

某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組參加社會社會實踐調(diào)查得知：某化工廠為綜合利用生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品CaSO₄，與相鄰的化肥廠聯(lián)合設(shè)計了以下制備（NH₄）₂SO₄的工藝流程．
[工藝流程示意圖]

上述流程中，沉淀池中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為：CO₂+2NH₃+CaSO₄+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄
[討論交流]
（1）操作a的名稱是

 

，實驗室中進行此操作時，用到的玻璃儀器除玻璃棒、燒杯外，還需要

 

．
（2）經(jīng)操作a后得到的某物質(zhì)在煅燒爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．該工藝中，X在沉淀池中被消耗，在煅燒爐中又生成，故X可循環(huán)使用．X的填化學(xué)式為

 

．
（3）圖中操作b應(yīng)怎樣進行呢？
查閱資料：右圖是硫酸銨在水中的溶解度曲線．
表：固體硫酸銨在部分溫度時的溶解度．

溫度/℃	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
溶解度/g	70.6	73	75.4	78	81	85	88	？	95	98	103

下列說法正確的有

 

．
①從溶解度曲線中，可以查找70℃時硫酸銨的溶解度約90g；②圖中的A點表示硫酸銨溶液的狀態(tài)不飽和；③若將A點變成B點的操作采用加熱蒸發(fā)、使溶液濃縮的方法④若將B點轉(zhuǎn)化為C點時，采用的是冷卻熱飽和溶液方法
該化肥廠生產(chǎn)的硫酸銨化肥品質(zhì)怎樣呢？
[查閱資料]下表是硫酸銨化肥品質(zhì)的主要指標(biāo)．

指標(biāo)項目	優(yōu)等品	一等品	合格品
外觀	白色結(jié)晶，無可見機械雜質(zhì)	無可見機械雜質(zhì)
氮（N）含量	≥21.0%	≥20.7%	≥20.5%

氨氣極易溶于水，其水溶液為氨水，呈堿性．
已知：（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
[觀察外觀]該硫酸銨化肥無可見機械雜質(zhì)．
[實驗探究]按如圖所示裝置進行實驗．
（1）實驗過程中，為使硫酸銨充分反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為NH₃，則需往燒瓶中加入足量濃氫氧化鈉溶液并充分加熱．
（2）選擇右圖裝置A進行實驗的原因

 

，燒杯中盛放的試劑稀硫酸可以吸收氨氣，兩者化合生成一種鹽，寫出化學(xué)方程式

 

．
[交流討論]
甲同學(xué)認為：應(yīng)在實驗裝置中A、B裝置間加裝一個干燥裝置，否則根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，計算硫酸銨化肥的含氮量可能

 

（填“偏高”或“偏低”）．
乙同學(xué)認為：改進后的實驗裝置中還存在另一個明顯缺陷是：

 

．
（經(jīng)過大家充分討論后，對實驗裝置進行了改進，重新進行實驗．）
[探究結(jié)論]稱取13.5 g硫酸銨化肥樣品，用最終改進后的實驗裝置重新進行實驗，經(jīng)數(shù)據(jù)處理釋放出氨氣的質(zhì)量與反應(yīng)時間如圖所示．試通過計算，判斷該化肥的等級．

 

（要求寫出計算過程）

Answer 1

分析：[討論交流]
（1）要把沉淀池中有固體與液體分離，分離不溶性固體與液體混合物的方法稱為過濾，過濾操作需要的玻璃儀器有漏斗、燒杯和玻璃棒；
（2）根據(jù)流程圖分析煅燒爐中發(fā)生反應(yīng)并用化學(xué)方程式表示出來．根據(jù)沉淀池內(nèi)的反應(yīng)可知，過濾出的濾渣碳酸鈣進入煅燒爐，高溫下分解；
進一步結(jié)合反應(yīng)的生成物及流程圖的提示信息，判斷循環(huán)利用的物質(zhì)并寫出化學(xué)式．沉淀池需要不斷通入氣體氨氣和二氧化碳，所以碳酸鈣分解出的二氧化碳氣體就可以通入沉淀池進行循環(huán)利用；
（3）分析應(yīng)用溶解度曲線圖所做出結(jié)論的正誤．考查溶解度曲線圖的正確使用：曲線上的點為該溫度下的飽和溶液，曲線下方的點表示的溶液為不飽和溶液；
[實驗探究]
（2）制取氣體NH₃的反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇反應(yīng)所需要的裝置；利用題中信息“化合生成一種鹽”分析氨氣與稀硫酸反應(yīng)在，并寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
[交流討論]
甲：反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體中會混有水蒸氣，使吸收裝置質(zhì)量增加而造成實驗數(shù)據(jù)的誤差；
乙：增加干燥裝置后，排除了混在氣體中水蒸氣對結(jié)果的影響，但裝置內(nèi)會有氨氣殘留未能排出，吸收裝置不能全部吸收所產(chǎn)生的氨氣，造成實驗結(jié)果的不準(zhǔn)確；
[探究結(jié)論]
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過化學(xué)計算，判斷所生成的硫酸銨化肥的等級．
方法一：根據(jù)反應(yīng)（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O利用放出氨氣的質(zhì)量求出樣品硫酸銨的質(zhì)量，再根據(jù)硫酸銨的質(zhì)量計算出樣品中N元素質(zhì)量，最后轉(zhuǎn)化為樣品中N元素含量并與指標(biāo)進行核對，得出樣品的品質(zhì)等級；
方法二：根據(jù)元素守恒，直接利用實驗數(shù)據(jù)中氨氣的質(zhì)量計算出樣品中N元素質(zhì)量，再轉(zhuǎn)化為含量并與指標(biāo)核對，得出樣品品質(zhì)．

解答：解：[討論交流]
（1）分離沉淀池中CaCO₃沉淀和（NH₄）₂SO₄溶液，應(yīng)采取過濾操作，操作需要的玻璃儀器有漏斗、燒杯和玻璃棒．
故答：過濾，漏斗；
（2）過濾出的濾渣碳酸鈣進入煅燒爐高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳
故選CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂↑；
流程圖的提示沉淀池需要不斷通入氣體氨氣和二氧化碳，碳酸鈣分解出二氧化碳氣體，所以通入沉淀池進行循環(huán)利用的氣體X應(yīng)是二氧化碳氣體；
故選CO₂；
（3）利用溶解度曲線圖可查找某溫度下的溶解度，可判斷溶解度與溫度的關(guān)系等．
①根據(jù)曲線圖可查得70℃硫酸銨的溶解度為90g，說法正確；
②圖中A點處于曲線下方，曲線下方的點都是不飽和溶液，所以溶液A為不飽和溶液的說法正確；
③B點在曲線上，表示此點溶液為90℃時的飽和溶液，因此要把A點20℃的不飽和溶液變成90℃的飽和溶液，采取蒸發(fā)濃縮的方法既減少水的量又可以升高溫度，可以實現(xiàn)A點到B點的轉(zhuǎn)化．說法正確；
④C點表示10℃時的硫酸銨飽和溶液，因此通過冷卻結(jié)晶利用硫酸銨溶解度隨溫度降低而減小，使90℃的飽和溶液析出硫酸銨晶體而變成10℃時的硫酸銨飽和溶液．說法正確；
故答：①②③④；
[實驗探究]
（2）制取氣體發(fā)生裝置的選擇，根據(jù)反應(yīng)物硫酸銨為固體、NaOH溶液為液體且反應(yīng)條件是加熱，所以選擇此裝置；
故答：固體與液體在加熱時發(fā)生反應(yīng)；
題中有信息“化合生成一種鹽”，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，此鹽就含硫酸根和銨根，即鹽為硫酸銨．
故答：2NH₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄；
[交流討論]
甲：反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體中會混有水蒸氣，吸收裝置吸收的物質(zhì)為水和氨氣；
故答：偏高；
乙：裝置內(nèi)會有氨氣殘留未能排出，造成實驗結(jié)果的不準(zhǔn)確；
故答：裝置內(nèi)殘留的氨氣影響含氮的測定結(jié)果
[探究結(jié)論]根據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過化學(xué)計算，判斷所生成的硫酸銨化肥的等級．
解法一：設(shè)樣品中硫酸銨的質(zhì)量為X （設(shè)和答共1分）
（NH₄）₂SO₄+2NaOH?Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
132                 34
X                  3.4g

132

x

=

34

3.4g

解之得硫酸銨的質(zhì)量x=13.2 g
硫酸銨中所含N元素的質(zhì)量為：

28

132

×13.2g=2.8g
樣品中N元素的質(zhì)量分數(shù)（含量）為：

2.8g

13.5g

×100=20.7%
∵21.0%＞20.7%＞20.5%∴所生產(chǎn)的硫酸銨化學(xué)只能為合格品
答：該化肥屬于合格品．
解法二：根據(jù)反應(yīng)（NH₄）₂SO₄+2NaOH?Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O可知，生成物氨氣中N元素的質(zhì)量即化肥樣品硫酸銨所含N元素質(zhì)量．
3.4gNH₃中N元素質(zhì)量為：3.4g×

14

17

×100%=2.8g
13.5 g硫酸銨化肥樣品中N元素的含量為：

2.8g

13.5g

×100%=20.7%
∵21.0%＞20.7%＞20.5%∴所生產(chǎn)的硫酸銨化學(xué)只能為合格品
答：該化肥屬于合格品．

點評：題目涉及硫酸銨生產(chǎn)流程分析、硫酸銨溶解度曲線圖的意義及應(yīng)用、硫酸銨化肥品質(zhì)的鑒定實驗及通過化學(xué)計算確定化學(xué)品質(zhì)等一系列問題，題目文字量大，涉及的知識點多，充分體現(xiàn)了學(xué)生運用知識分析與解決問題的能力．解答時最好能分塊處理．