Question

【题目】工业废料石膏（CaSO42H2O）可以“变废为宝”，用于生产氧化钙、硫酸钾、电石（化学名称为碳化钙）等。某研究性学习小组展开了如下系列研究。

一.高纯CaO的制备

【资料一】

Ⅰ.无水硫酸铜遇水变成蓝色的硫酸铜晶体。

Ⅱ.石膏（CaSO42H2O）与碳粉高温煅烧生成氧化钙和几种气态非金属氧化物。

Ⅲ.SO2能使品红溶液褪色，也能使澄清石灰水变浑浊，还能被高锰酸钾溶液氧化而除去。

甲同学用如下装置制备CaO并验证石膏与焦炭高温反应的其他产物。

实验过程中发现：B中无水硫酸铜变蓝，C中产生_____________现象证明有SO2生成，装置_____中无明显变化和装置F中_____________现象证明有CO2生成。写出石膏与碳粉在高温条件下反应的化学方程式：___________________。

二.硫酸钾和电石的制备

乙同学模拟生产化肥硫酸钾和电石的流程如下：

【资料二】氧化钙与焦炭在高温下反应生成碳化钙和一氧化碳。

（1）反应①的化学方程式为__________________________。证明固体M中不含CaCO3的方法是____________________________（写出实验的方法、现象）。

（2）反应②的化学方程式为(NH4)2SO4 + 2KCl ═ K2SO4↓+ 2NH4Cl，该反应能析出K2SO4晶体的原因是_____________________________________。

（3）假设上述流程中制得的碳化钙（化学式为CaCx）固体中只含杂质CaO，乙小组同学为测定CaCx中x的值进行如下实验。

【资料三】碳化钙在空气中灼烧生成氧化钙和二氧化碳气体。

步骤一：称取3.76g样品于下图所示石英管中（测定装置图如下，夹持及加热装置省略），反应前缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的样品至反应完全后继续缓缓通入空气，测得丙溶液的质量比反应前增重了4.4g。（玻璃纤维可防止固体粉末进入导管）

步骤二：将石英管内剩余固体全部转移到水中，加入足量碳酸钠溶液，经搅拌、过滤、洗涤、干燥等操作得到碳酸钙固体6克。试回答下列问题：

①装置甲的作用是_______。反应完全后继续缓缓通入空气的目的是_________。

②根据步骤一、二计算该样品中钙、碳、氧的质量比为______________，计算确定CaCx的化学式（请写出计算过程）________。

③应用：丙同学经查阅资料知道实验室常用电石（主要成分为碳化钙）与水反应制取乙炔气体（发生装置如图）。经实验发现，电石与水反应非常剧烈，为控制反应的速度以得到平稳的气流，下列改进方法可行的是______。

A.改长颈漏斗为分液漏斗或注射器 B.将电石研成粉末

C.将锥形瓶置于冰水浴中 D.用饱和食盐水代替水（电石与氯化钠不反应）

Answer 1

【答案】 品红溶液褪色 E 澄清石灰水变浑浊 2CaSO42H2O + C2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O CaSO4+ (NH4)2CO3==CaCO3↓+(NH4)2 SO4 取样，加入足量稀盐酸，无气泡冒出 该温度下，K2SO4的溶解度小 除去空气中的CO2气体 使残留在装置内的CO2气体被丙装置充分吸收 30∶15∶2 CaC2 ACD

【解析】一、由题意“SO2能使品红溶液褪色” ，可得C中产生品红溶液褪色现象，证明有SO2生成，SO2也能使澄清石灰水变浑浊，所以要证明CO2先要除去SO2，装置E中无明显变化和装置F中澄清石灰水变浑浊，证明有CO2生成，可得石膏（CaSO42H2O）与碳粉高温煅烧生成氧化钙和二氧化硫、二氧化碳，还有水，化学方程式为：2CaSO42H2O + C2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O；

二、（1）碳酸铵与硫酸钙反应生成碳酸钙沉淀和硫酸铵，化学方程式为：CaSO4+ (NH4)2CO3=CaCO3↓+(NH4)2SO4；证明固体M中不含CaCO3，也就是证明其中不含碳酸根离子，可以加入足量稀盐酸，无气泡冒出，则说明没有；

（2）该温度下，K2SO4的溶解度小，所以会达到饱和而析出；

（3）①装置甲中的氢氧化钠除去空气中的CO2气体，防止空气中的二氧化碳影响计算；反应完全后继续缓缓通入空气的目的是使残留在装置内的CO2气体被丙装置充分吸收，使计算结果更准确。

②根据质量守恒，二氧化碳中的碳即为样品中的碳，为4.4g× ×100%=1.2g；第二步碳酸钙固体中的钙即为样品中的钙，为6g× ×100%=2.4g；所以样品中氧的质量比为3.76g-1.2g-2.4g=0.16g；该样品中钙、碳、氧的质量比为2.4g：1.2g：0.16g=30∶15∶2；氧化钙中钙、氧的质量比为40:16=5:2，所以CaCx的中钙、碳的质量比为40：12x=（30-5）∶15，x=2，所以化学式为CaC2；

③为控制反应的速度以得到平稳的气流，就要控制液体加入的速率，长颈漏斗为分液漏斗或注射器，或将温度降低（例如将锥形瓶置于冰水浴中），或减小反应物的浓度（例如用饱和食盐水代替水）。