Question

某化工厂为综合利用生产过程中的副产品CaSO₄，与相邻的化肥厂联合设计了制备（NH₄）₂SO₄的工艺流程．
【工艺流程及原理】

沉淀池中发生的主要化学反应为：CO₂+2NH₃+CaSO₄+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄
【讨论交流】
（1）操作a的名称是______，若在实验室进行此操作，用到的玻璃仪器除玻璃棒、烧杯外，还需要______．
（2）经操作a后得到的固体物质在煅烧炉中高温分解生成X和Y两种物质，该工艺中，Y被作为原料之一循环利用．Y的化学式为______．
（3）沉淀池中也可能生成少量NH₄HCO₃，该反应的化学方程式为______．
【硫酸铵化肥等级测定】
（1）判断（NH₄）₂SO₄化肥中有无NH₄HCO₃：
取少量试样溶于水，滴加足量的______，无气泡产生，则可判断该化肥中不存在NH₄HCO₃．
（2）化肥中氮元素含量的测定（已确定该化肥中不存在NH₄HCO₃杂质）：
【查阅资料】
①已知：（NH₄）₂SO₄+2NaOHNa₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
氨气极易溶于水，其水溶液为氨水．氨水呈碱性，不稳定，易挥发．
②工业判断硫酸铵化肥等级指标如下：

指标 项目	优等品	合格品
氮（N）含量	≥21.0%	≥20.5%

【实验设计】
按右图所示装置进行实验．
（1）实验过程中，往烧瓶中加入足量浓氢氧化钠溶液，并加热使硫酸铵充分反应完全转化为NH₃．
（2）烧杯中的试剂是为了吸收产生的氨气，下列最适宜的试剂是______（填序号）；
①水；②浓HCl；③稀H₂SO₄；④NaOH溶液
烧杯中干燥管的作用是______．
【交流讨论】
实验小组的同学认为，用上述实验装置测得的结果可能会出现下列情况．
（1）甲同学认为：应在实验装置A、B之间增加一个装有______（填“浓硫酸“或“碱石灰”）的干燥装置，否则实验测得的硫酸铵化肥含氮量可能偏高．
（2）乙同学认为：在实验装置A、B之间增加正确的干燥装置后进行实验，测得的硫酸铵化肥含氮量可能偏低，理由是______．
【实验测定】
经讨论后，他们改进了实验装置，排除了可能产生误差的因素，重新进行实验．
取硫酸铵化肥样品13.5 g进行实验，测得B装置增重与反应时间的关系如右图所示．请通过计算判断该化肥的等级．
计算过程：
该化肥的等级为______品．

Answer 1

【答案】分析：【讨论交流】（1）根据实验的目的确定操作方法，再根据操作方法来确定用到的仪器．
（2）先判断出过滤出来的物质，再分析发生的反应生成物，据图分析出结果．
（3）根据反应物，生成物，反应条件确定化学方程式．
【硫酸铵化肥等级测定】（1）根据碳酸盐的性质，确定碳酸氢氨是否存在．
【实验设计】：（2）从所给试剂的化学物理性质方面确定哪种效果最好；因氨气极易被吸收，要从防止倒吸的角度考虑干燥管的作用．
【交流讨论】：（1）A中可能产生水蒸气，要防止它也作为氨气被吸收；
（2）要使结果准确，还要保证A中的氨气全部被B吸收．
【计算过程】：B增重的质量为生成氨气的质量，根据它算出硫酸铵的质量，再进一步求出样品中硫酸铵的质量分数，判断是否合格．
解答：解：【讨论交流】（1）a操作的目的是把混合物分成固体和液体两部分，要用过滤的操作方法．
（2）过滤后得到的固体物质是碳酸钙，在煅烧炉中高温分解生成氧化钙和二氧化碳两种物质，由图示知，后者是可反复利用．
（3）反应物为氨气及二氧化碳和水，生成物为碳酸氢氨，常温下反应，则方程式为：CO₂+NH₃+H₂O=NH₄HCO₃．
【硫酸铵化肥等级测定】（1）碳酸氢氨可与酸反应生成二氧化碳气体，有气泡放出现象，所以可加入盐酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或硝酸（HNO₃）等判断是否存在．
【实验设计】：（2）①水，②浓HCl，③稀H₂SO₄，④NaOH溶液四种物质中，水不如酸吸收效果好，但盐酸易挥发，不能采用，氢氧化钠与氨气不反应，所以选③；氨气极易和硫酸反应被吸收，要防止倒吸．
【交流讨论】：（1）A中可能产生水蒸气，要防止它也作为氨气被吸收，但浓硫酸不但可吸收水蒸气，也吸收氨气，所以只能用碱石灰；
（2）要使结果准确，还要保证A中的氨气全部被B吸收，图中缺少赶尽反应装置中残留氨气的装置（或有氨气残留在装置中）
【计算过程】：
解：增重的3.4g为氨气的质最．
设13.5g样品中含有（NH₄）₂SO₄的质量为x．
（NH₄）₂SO₄+2NaOHNa₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
132                       34
x                        3.4g
132：34=x：3.4g
解得：x=13.2g
（14×2）÷132×13.2g=2.8g
2.8g÷13.5g×100%=20.7%
20.5%≤20.7%≤21.0%，为合格品．
故答案为：【讨论交流】（1）过滤；漏斗；（2）CO₂；（3）CO₂+NH₃+H₂O=NH₄HCO₃
【硫酸铵化肥等级测定】（1）盐酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或硝酸（HNO₃）等；
实验设计：（2）③；防止倒吸；
交流讨论：（1）碱石灰；（2）缺少赶尽反应装置中残留氨气的装置（或有氨气残留在装置中）
计算过程：
解：增重的3.4g为氨气的质最．
设13.5g样品中含有（NH₄）₂SO₄的质量为x．
（NH₄）₂SO₄+2NaOHNa₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
132 34
x3.4g
132：34=x：3.4g
解得：x=13.2g
（14×2）/132×13.2g=2.8g
2.8g÷13.5g×100%=20.7%，20.5%≤20.7%≤21.0%，为合格品．
点评：本题为综合型的大实验题，有实验又有计算，做题时要认真审题，要细心，步步为营．