Question

3．電石（主要成分是CaC₂）是重要的基本化工原料，可用白云石（主要成分是CaCO₃和MgCO₃）和廢Al片制七鋁十二鈣（12CaO•7Al₂O₃），經(jīng)過一系列反應(yīng)后可制得電石，其工藝流程如下：

（1）煅粉主要含MgO和CaO，煅粉用適量NH₄NO₃溶液浸取后，MgO幾乎不溶，該工藝中不能用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃的原因是CaSO₄微溶于水，用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，會生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的損失．
（2）若濾液I中僅通入CO₂，會生成Ca（HCO₃）₂，從而導(dǎo)致CaCO₃產(chǎn)率降低．
（3）用電石制乙炔的雜質(zhì)氣體之一是PH₃，經(jīng)分離后與甲醛、鹽酸在70°C、催化劑的條件下，可合成一種阻燃劑[P（CH₂OH）₄]Cl，該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是PH₃+4HCHO+HCl$\frac{\underline{\;氫氧化鋁\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl．
（4）電解制備Al（OH）₃時，電極分別是Al片和石墨，則電解池的陽極電極反應(yīng)式是Al-3e-+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（5）工業(yè)上合成電石還可以采用氧熱法．
已知：CaO（s）+3C（s）═CaC₂（s）+CO（g）△H=+a KJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-b KJ/mol
若不考慮熱量與物料損失，最終爐中出來的氣體只有CO，則為了維持熱平衡，每生產(chǎn)64Kg CaC₂，則投料的量：n（CaO）+n（C）═$\frac{1000（2a+4b）}$ mol．

Answer 1

分析 白云石煅燒發(fā)生反應(yīng)：CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應(yīng)生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發(fā)生反應(yīng)：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，據(jù)此分析濾液中的陰離子；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，廢鋁片加入氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉溶液，用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，電解制備Al（OH）₃時，電極分別為Al片和石墨，在碳酸鈉溶液中攪拌電解，得到氫氧化鋁，過濾加熱灼燒得到氧化鋁，碳酸鈣和氧化鋁共混加熱1500°C得到七鋁十二鈣，據(jù)此分析產(chǎn)物，
（1）鍛粉是由白云石高溫煅燒而來；用適量NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，即得Mg（OH）₂的飽和溶液，根據(jù)Mg（OH）₂的Ksp來計算；CaSO₄微溶于水；
（2）在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應(yīng)生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發(fā)生反應(yīng)：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，據(jù)此分析濾液中的陰離子；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，據(jù)此分析產(chǎn)物；
（3）制乙炔的雜質(zhì)氣體之一PH₃，經(jīng)分離后與甲醛及鹽酸在70℃、Al（OH）₃催化的條件下，可合成THPC阻燃劑{[P（CH₂OH）₄]Cl }，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為PH₃+4 HCHO+HCl $\frac{\underline{\;氫氧化鋁\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl；
（4）電解制備Al（OH）₃時，電極分別是Al片和石墨，陽極是鋁失電子在氨水中生成氫氧化鋁沉淀；
（5）若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO．則為了維持熱平衡，所以每生產(chǎn)1molCaC₂，則投料的量為：1molCaO、而投入碳的量為：3mol+$\frac{a}{\frac{2}}$=7.2mol．

解答 解：（1）鍛粉是由白云石高溫煅燒而來，在煅燒白云石時，發(fā)生反應(yīng)：CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，故所得鍛粉主要含MgO和CaO，CaSO₄微溶于水，如果用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，會生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的損失，
故答案為：CaO；CaSO₄微溶于水，用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，會生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的損失；
（2）在鍛粉中加入適量的NH₄NO₃溶液后，鎂化合物幾乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解顯酸性，與CaO反應(yīng)生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故過濾后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，將CO₂和NH₃通入濾液I中后發(fā)生反應(yīng)：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，故濾液中的陰離子主要為NO₃^-，還含有OH^-；若濾液Ⅰ中僅通入CO₂，會造成CO₂過量，則會生成Ca（HCO₃）₂，從而導(dǎo)致CaCO₃產(chǎn)率降低，
故答案為：Ca（HCO₃）₂；
（3）制乙炔的雜質(zhì)氣體之一PH₃，經(jīng)分離后與甲醛及鹽酸在70℃、Al（OH）₃催化的條件下，可合成THPC阻燃劑{[P（CH₂OH）₄]Cl }，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為PH₃+4 HCHO+HCl $\frac{\underline{\;氫氧化鋁\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl，
故答案為：PH₃+4 HCHO+HCl $\frac{\underline{\;氫氧化鋁\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl；
（4）電解制備Al（OH）₃時，電極分別是Al片和石墨，鋁做陽極，鋁是失電子在氨水中生成氫氧化鋁沉淀，則電解池的陽極電極反應(yīng)式是：Al-3e-+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案為：Al-3e-+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（5）CaO（s）+3C（s）═CaC₂（s）+CO（g）△H=+a KJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-b KJ/mol
若不考慮熱量耗散，物料轉(zhuǎn)化率均為100%，最終爐中出來的氣體只有CO．則為了維持熱平衡，每生產(chǎn)64Kg CaC₂，物質(zhì)的量=$\frac{64000g}{64g/mol}$=1000mol，所以每生產(chǎn)1000molCaC₂，則投料的量為：1000molCaO、而投入碳的量為：（3mol+$\frac{a}{\frac{2}}$mol）×1000，則為了維持熱平衡，每生產(chǎn)64Kg CaC₂，物質(zhì)的量=$\frac{64000g}{64g/mol}$=1000mol，則投料的量：n（CaO）+n（C）═1000mol+（3mol+$\frac{a}{\frac{2}}$mol）×1000=$\frac{1000（2a+4b）}$mol，
故答案為；$\frac{1000（2a+4b）}$．

點評 本題是一道非常典型的工藝流程圖題，綜合性較強，綜合了元素化合物、電解池和原電池的知識考查，題目難度中等．