Question

【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(chēng)為碳化鈣）等。某研究性學(xué)習(xí)小組展開(kāi)了如下系列研究。

一、高純CaO的制備

【資料一】

Ⅰ．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。

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(guò)程中發(fā)現(xiàn)：B中無(wú)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(wú)明顯變化和裝置F中__現(xiàn)象證明有CO2生成。寫(xiě)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CaCx）和CO。

（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(xiě)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__。

三、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】CaCx在空氣中灼燒生成CaO和CO2。

步驟一：稱(chēng)取3.76g樣品于圖3所示石英管中（測(cè)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肟諝猓瑴y(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(guò)濾、洗滌、干燥等操作得到碳酸鈣固體6克。試回答下列問(wèn)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(xiě)出計(jì)算過(guò)程）______________。

（3）若碳酸鈣未能完全干燥，則會(huì)導(dǎo)致CaCX中的x的值____（填“偏大”、“偏小”、“無(wú)影響”）。

Answer 1

【答案】 品紅溶液褪色 E 出現(xiàn)渾濁 2CaSO4·2H2O + C 2CaO + CO2↑+ 2SO2↑+ 4H2O↑ CaSO4 + (NH4)2CO3 ===CaCO3↓+ (NH4)2SO4 取少量固體，加入稀鹽酸，無(wú)氣泡生成，則無(wú)碳酸鈣 相同溫度下，K2SO4的溶解度小 除去通入空氣中的CO2氣體 將生成的CO2完全排入丙裝置中吸收 【答題空10】30:15:2 CaC2 偏小

【解析】一、高純CaO的制備

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：B中無(wú)水硫酸銅變藍(lán)（說(shuō)明生成了水）。根據(jù)信息提示“SO2能使品紅溶液褪色”，而結(jié)論是證明有二氧化硫生成，所以對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象為C中的品紅溶液褪色現(xiàn)象，裝置D是吸收二氧化硫，而導(dǎo)致高錳酸鉀褪色．E裝置的作用是證明二氧化硫已經(jīng)完全被吸收，后面若石灰水變渾濁，則是二氧化碳所致，而非二氧化硫，所以證明二氧化碳生成的現(xiàn)象是裝置 E中無(wú)明顯變化（無(wú)二氧化硫的干擾）和裝置F中 澄清石灰水變渾濁現(xiàn)象（有二氧化碳），碳粉在高溫條件下生成氧化鈣、水、二氧化碳和二氧化硫，對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為2CaSO42H2O+C 2CaO + CO2↑+2SO2↑+ 4H2O↑；

二、硫酸鉀和電石的制備

（1）反應(yīng)①是碳酸銨和硫酸鈣反應(yīng)生成碳酸鈣和硫酸銨，對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為 CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2 SO4．由于碳酸鹽遇到鹽酸會(huì)生成氣體，所以要證明固體M中不含CaCO3的方法是取樣，加入足量稀鹽酸，無(wú)氣泡冒出；

（2）反應(yīng)②的化學(xué)方程式為（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，由于硫酸鉀標(biāo)注了沉淀符號(hào)，而已有的知識(shí)是硫酸鉀可溶，說(shuō)明在給定物質(zhì)中溶解度相對(duì)最小，所以該反應(yīng)能析出K2SO4晶體的原因是該溫度下，K2SO4的溶解度小；

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是通過(guò)通入不含二氧化碳的空氣（避免對(duì)后期生成的二氧化碳的質(zhì)量的干擾），將碳化鈣樣品轉(zhuǎn)化為氧化鈣和二氧化碳，然后將生成的二氧化碳用丙裝置完全吸收，也就是裝置丙的質(zhì)量增加就是生成的二氧化碳，為將二氧化碳完全吸收而避免殘留于試管中，所以在反應(yīng)完全后應(yīng)該繼續(xù)通入除去了二氧化碳的空氣。右側(cè)的堿石灰是避免右側(cè)的空氣進(jìn)入裝置內(nèi)導(dǎo)致二氧化碳等被吸收，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；

所以：

①裝置甲的作用是 除去空氣中的CO2氣體。反應(yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖?/span> 使殘留在裝置內(nèi)的CO2氣體被丙裝置充分吸收；

②碳元素的質(zhì)量為4.4g××100%=1.2g，鈣元素的質(zhì)量為6g××100%=2.4g，則氧元素的質(zhì)量為3.76g-1.2g-2.4g=0.16g，該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為2.4g：1.2g：0.16g=30：15：2；

對(duì)應(yīng)的氧化鈣的質(zhì)量為0.16g÷（ ×100%）=0.56g，則氧化鈣中的鈣元素的質(zhì)量為0.56g-0.16g=0.4g；

對(duì)應(yīng)的碳化鈣中的鈣元素的質(zhì)量2.4g-0.4g=2g，則碳化鈣中鈣原子和碳原子的個(gè)數(shù)比為 =1：2；

所以CaCx的化學(xué)式CaC2；

（3）若碳酸鈣未能完全干燥，則鈣元素的質(zhì)量會(huì)偏高，會(huì)導(dǎo)致CaCX中的x的值偏小。