Question

20．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．無水硫酸銅遇水變成藍色的硫酸銅晶體．
Ⅱ．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．
Ⅲ．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)用如圖1裝置制備CaO并驗證石膏與焦炭高溫反應(yīng)的其他產(chǎn)物．

實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍，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\;}}{\;}$4H₂O↑+2CaO+2SO₂↑+CO₂↑
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】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CaSO₄+（NH₄）₂CO₃═CaCO₃↓+（NH₄）₂ SO₄．證明固體M中不含CaCO₃的方法
是取樣，加入足量稀鹽酸，無氣泡冒出（寫出實驗的方法、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晶體的原因是該溫度下，K₂SO₄的溶解度�。�
（3）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的值進行如下實驗．
【資料三】碳化鈣在空氣中灼燒生成氧化鈣和二氧化碳氣體．
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CO₂氣體．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．
②根據(jù)步驟一、二計算該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為30：15：2，
計算確定CaC_x的化學(xué)式（請寫出計算過程）
③應(yīng)用：丙同學(xué)經(jīng)查閱資料知道實驗室常用電石（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4）．經(jīng)實驗發(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，下列改進方法可行的是ACD
A．改長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)）

Answer 1

分析 根據(jù)給出的轉(zhuǎn)化關(guān)系對應(yīng)的過程分析每個對應(yīng)的問題，或者直接分析每個問題，從給出的信息中找對應(yīng)的信息．

解答 解：
一、高純CaO的制備
實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍（說明生成了水）．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中無明顯變化（無二氧化硫的干擾）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，對應(yīng)的化學(xué)方程式為2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4H₂O↑+2CaO+2SO₂↑+CO₂↑
二、硫酸鉀和電石的制備
（1）反應(yīng)①是碳酸銨和硫酸鈣反應(yīng)生成碳酸鈣和硫酸銨，對應(yīng)的化學(xué)方程式為 CaSO₄+（NH₄）₂CO₃═CaCO₃↓+（NH₄）₂ SO₄．由于碳酸鹽遇到鹽酸會生成氣體，所以要證明固體M中不含CaCO₃的方法是取樣，加入足量稀鹽酸，無氣泡冒出．
（2）反應(yīng)②的化學(xué)方程式為（NH₄）₂SO₄+2KCl═K₂SO₄↓+2NH₄Cl，由于硫酸鉀標注了沉淀符號，而已有的知識是硫酸鉀可溶，說明在給定物質(zhì)中溶解度相對最小，所以該反應(yīng)能析出K₂SO₄晶體的原因是該溫度下，K₂SO₄的溶解度�。�
（3）實驗設(shè)計是通過通入不含二氧化碳的空氣（避免對后期生成的二氧化碳的質(zhì)量的干擾），將碳化鈣樣品轉(zhuǎn)化為氧化鈣和二氧化碳，然后將生成的二氧化碳用丙裝置完全吸收，也就是裝置丙的質(zhì)量增加就是生成的二氧化碳，為將二氧化碳完全吸收而避免殘留于試管中，所以在反應(yīng)完全后應(yīng)該繼續(xù)通入除去了二氧化碳的空氣．右側(cè)的堿石灰是避免右側(cè)的空氣進入裝置內(nèi)導(dǎo)致二氧化碳等被吸收，影響實驗結(jié)果的準確性．
所以：
①裝置甲的作用是 除去空氣中的CO₂氣體．反應(yīng)完全后繼續(xù)緩緩?fù)ㄈ肟諝獾哪康氖?使殘留在裝置內(nèi)的CO₂氣體被丙裝置充分吸收．
②碳元素的質(zhì)量為4.4g×$\frac{12}{12+16×2}$×100%=1.2g，鈣元素的質(zhì)量為6g×$\frac{40}{40+12+16×3}$×100%=2.4g，則氧元素的質(zhì)量為3.76g-1.2g-2.4g=0.16g，該樣品中鈣、碳、氧的質(zhì)量比為2.4g：1.2g：0.16g=30：15：2．
對應(yīng)的氧化鈣的質(zhì)量為0.16g÷（$\frac{16}{40+16}$×100%）=0.56g，則氧化鈣中的鈣元素的質(zhì)量為0.56g-0.16g=0.4g
對應(yīng)的碳化鈣中的鈣元素的質(zhì)量2.4g-0.4g=2g，則碳化鈣中鈣原子和碳原子的個數(shù)比為$\frac{2g}{40}$：$\frac{1.2g}{12}$=1：2
所以CaC_x的化學(xué)式CaC₂．
③為控制反應(yīng)的速度以得到平穩(wěn)的氣流，從反應(yīng)物的角度，碳化鈣顆粒大一點反應(yīng)會慢，水的含量低一些會慢，溫度低一些會慢，水的滴加速度可控也會慢下來，所以給定的改進方法可行的是ACD．
故答案為：
一．高純CaO的制備
品紅溶液褪色； E；澄清石灰水變渾濁
   2CaSO₄•2H₂O+C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4H₂O
二．硫酸鉀和電石的制備
（1）CaSO₄+（NH₄）₂CO₃═CaCO₃↓+（NH₄）₂ SO₄；
      取樣，加入足量稀鹽酸，無氣泡冒出．
（2）該溫度下，K₂SO₄的溶解度�。�
（3）①除去空氣中的CO₂氣體； 使殘留在裝置內(nèi)的CO₂氣體被丙裝置充分吸收．
     ②30：15：2；
計算過程
 對應(yīng)的氧化鈣的質(zhì)量為0.16g÷（$\frac{16}{40+16}$×100%）=0.56g，則氧化鈣中的鈣元素的質(zhì)量為0.56g-0.16g=0.4g
對應(yīng)的碳化鈣中的鈣元素的質(zhì)量2.4g-0.4g=2g，則碳化鈣中鈣原子和碳原子的個數(shù)比為$\frac{2g}{40}$：$\frac{1.2g}{12}$=1：2
碳化鈣的化學(xué)式為CaC₂；
③ACD

點評 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時先看解答的問題是什么，然后帶著問題去讀給出的圖進而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問題實際上與復(fù)雜的轉(zhuǎn)化圖相比，其實很簡單很基礎(chǔ)，或者可以說轉(zhuǎn)化圖提供的是情境，考查基本知識．