Question

18．工業(yè)廢料石膏（CaSO₄•2H₂O）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．石膏（CaSO₄•2H₂O）與碳粉高溫煅燒生成氧化鈣和幾種氣態(tài)非金屬氧化物．
Ⅱ．SO₂能使品紅溶液褪色，也能使澄清石灰水變渾濁．
甲同學(xué)用如圖1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)生品紅溶液褪色現(xiàn)象證明有SO₂生成；裝置E中無明顯變化和裝置F中澄清石灰水變渾濁現(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：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaO+CO₂↑+2SO₂↑+4H₂O↑．
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圖2：

【資料二】CaO與C在高溫下反應(yīng)生成碳化鈣（化學(xué)式為CaC_x）和CO．
（1）反應(yīng)①的化學(xué)方程式為CaSO₄+（NH₄）₂CO₃═CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．證明固體M中不含CaCO₃的方法是取少量固體于試管中，加入稀鹽酸，無氣泡生成，則無碳酸鈣（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晶體的原因是相同條件下，硫酸鉀的溶解度小于氯化銨的溶解度．
三、假設(shè)上述流程中制得的碳化鈣（化學(xué)式為CaC_x）固體中只含雜質(zhì)CaO，乙小組同學(xué)為測定CaC_x中x的值進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．

【資料三】CaC_x在空氣中灼燒生成CaO和CO₂．
步驟一：稱取3.76g樣品于圖3所示石英管中（測定裝置圖如圖3，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）裝置甲的作用是除去空氣中的二氧化碳．反應(yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖鞘狗磻?yīng)生成的二氧化碳全部被丙裝置吸收．
（2）根據(jù)步驟一、二計(jì)算該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為30：15：2，
計(jì)算確定CaC_x的化學(xué)式（請(qǐng)寫出計(jì)算過程）CaC₂
（3）若碳酸鈣未能完全干燥，則會(huì)導(dǎo)致CaC_X中的x的值偏小（填“偏大”、“偏小”、“無影響”）

Answer 1

分析 一、白色固體無水硫酸銅能和水反應(yīng)生成藍(lán)色固體五水硫酸銅；
二氧化硫能使品紅溶液褪色；
二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
石膏與碳粉在高溫條件下反應(yīng)生成氧化鈣、二氧化碳、二氧化硫和水蒸氣；
二、（1）硫酸鈣和碳酸銨反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨；
碳酸鈣能和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；
相同條件下，硫酸鉀的溶解度小于氯化銨的溶解度；
三、氫氧化鈉溶液能夠吸收二氧化碳；
根據(jù)提供的數(shù)據(jù)和反應(yīng)的化學(xué)方程式可以進(jìn)行相關(guān)方面的計(jì)算和判斷．

解答 解：一、實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍(lán)；C中品紅溶液褪色，證明有SO₂生成；裝置E中無明顯變化，裝置F中澄清石灰水變渾濁，證明有CO₂生成；
石膏與碳粉在高溫條件下反應(yīng)生成氧化鈣、二氧化碳、二氧化硫和水蒸氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaO+CO₂↑+2SO₂↑+4H₂O↑．
故填：品紅溶液褪色；E；澄清石灰水變渾濁；2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaO+CO₂↑+2SO₂↑+4H₂O↑．
二、（1）反應(yīng)①中，硫酸鈣和碳酸銨反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃═CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
證明固體M中不含CaCO₃的方法是：取少量固體于試管中，加入稀鹽酸，無氣泡生成，則無碳酸鈣．
故填：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃═CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；取少量固體于試管中，加入稀鹽酸，無氣泡生成，則無碳酸鈣．
（2）反應(yīng)②的化學(xué)方程式為（NH₄）₂SO₄+2KCl═K₂SO₄↓+2NH₄Cl，該反應(yīng)能析出K₂SO₄晶體的原因是相同條件下，硫酸鉀的溶解度小于氯化銨的溶解度．
故填：相同條件下，硫酸鉀的溶解度小于氯化銨的溶解度．
三、（1）裝置甲的作用是除去空氣中的二氧化碳；
反應(yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖鞘狗磻?yīng)生成的二氧化碳全部被丙裝置吸收．
故填：除去空氣中的二氧化碳；使反應(yīng)生成的二氧化碳全部被丙裝置吸收．
（2）樣品中的鈣元素完全轉(zhuǎn)化到碳酸鈣中，因此樣品中鈣元素質(zhì)量為：6g×$\frac{40}{100}$×100%=2.4g，
樣品中的碳元素完全轉(zhuǎn)化到反應(yīng)生成的二氧化碳中，測得丙溶液的質(zhì)量比反應(yīng)前增重了4.4g，說明反應(yīng)生成了4.4g二氧化碳，碳元素質(zhì)量為：
4.4g×$\frac{12}{44}$×100%=1.2g，
樣品中氧元素質(zhì)量為：3.76g-2.4g-1.2g=0.16g，
根據(jù)步驟一、二計(jì)算該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為：2.4g：1.2g：0.16g=30：15：2；
設(shè)雜質(zhì)氧化鈣質(zhì)量為x，
根據(jù)題意有：x×$\frac{16}{56}$×100%=0.16g，
x=0.56g，
樣品中碳化鈣質(zhì)量為：3.76g-0.56g=3.2g，
根據(jù)題意有：3.2g×$\frac{12x}{12x+40}$×100%=1.2g，
x=2，
CaC_x的化學(xué)式是CaC₂．
故填：30：15：2；CaC₂．
（3）若碳酸鈣未能完全干燥，會(huì)導(dǎo)致樣品中鈣元素計(jì)算結(jié)果偏大，從而導(dǎo)致CaC_X中的x的值偏�。�
故填：偏小．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)的性質(zhì)，解答時(shí)要根據(jù)各種物質(zhì)的性質(zhì)，結(jié)合各方面條件進(jìn)行分析、判斷，從而得出正確的結(jié)論．