Question

3．过氧化钙晶体（CaO₂•8H₂O）可用于改善地表水质、处理含重金属粒子废水、应急供氧等．实验室可用工业碳酸钙（含MgCO₃、FeCO₃杂质）制取纯净的碳酸钙，然后再用纯净的碳酸钙制取过氧化钙晶体，其主要流程如图1：

回答下列问题：
（1）写出反应①发生氧化还原反应的离子方程式3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+3CO₂↑+5H₂O．操作I用的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（2）反应②生成CaO₂•8H₂O的化学反应方程式为CaCl₂+H₂O₂+2NH₃+8H₂O=CaO₂•8H₂O+2NH₄Cl；反应②冰水控制温度在0℃左右的主要原因是防止H₂O₂分解，提高其利用率或降低CaO₂•8H₂O溶解度，提高产率；
（3）已知：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，测定产品中CaO₂的含量的实验步骤如下：
第一步：准确称取ag产品放入锥形瓶中，再加入过量的b gKI晶体，加入适量蒸馏水溶解再滴入少量2mol．L^-1的H₂SO₄溶液，充分反应．
第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液．m/g
第三步：逐滴加入浓度为c mol．L^-1的Na₂S₂O₃溶液发生反应，滴定达到终点时出现的现象是溶液由蓝色变成无色，且30s内不出现蓝色．
若滴定消耗Na₂S₂O₃溶液VmL，样品中CaO₂的质量分数为$\frac{3.6cV}{a}$%（用字母表示）．
（4）已知过氧化钙加热至350℃左右开始分解放出氧气．将过氧化钙晶体（ CaO₂•8H₂O）在坩埚中加热逐
渐升高温度，测得样品质量随温度的变化如图2曲线所示，则350℃以上所得固体物质的化学式为CaO．

Answer 1

分析 碳酸钙、碳酸镁与稀硝酸反应生成硝硝酸钙、硝酸镁与二氧化碳，碳酸亚铁与稀硝酸反应生成硝酸铁、二氧化碳、NO，溶液中加入浓氨水，镁离子、铁离子转化为氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤除去，滤液中加入碳酸铵将硝酸钙转化为碳酸钙，过滤分离得到碳酸钙，再与盐酸反应生成氯化钙，在加入过氧化氢、氨气得到反应得到CaO₂，溶液冷却结晶得到CaO₂•8H₂O，副产品中含有氯化铵．
（1）反应①中只有FeCO₃与硝酸反应是氧化还原反应；操作I是过滤；
（2）该反应的反应物为CaCl₂、H₂O₂、NH₃，反应生成CaO₂•8H₂O与NH₄Cl；
H₂O₂受热易分解，采用冰水控制温度在0℃左右，防止其分解，提高利用率，同时温度低能较低溶解度，提高产率；
（3）碘遇淀粉变蓝色，结束时溶液由蓝色变成无色；
根据电子转移守恒及题中反应方程式，可得关系式：CaO₂～I₂～2S₂O₃^2-，设样品中CaO₂的质量分数为x，根据关系式列方程计算；
（4）固体由2.16g加热到350℃变为0.56g，在加热过程中固体中钙元素的量不变，据此计算剩余固体中Ca元素质量，利用质量守恒计算剩余固体中O元素质量，进而确定化学式．

解答 解：碳酸钙、碳酸镁与稀硝酸反应生成硝硝酸钙、硝酸镁与二氧化碳，碳酸亚铁与稀硝酸反应生成硝酸铁、二氧化碳、NO，溶液中加入浓氨水，镁离子、铁离子转化为氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤除去，滤液中加入碳酸铵将硝酸钙转化为碳酸钙，过滤分离得到碳酸钙，再与盐酸反应生成氯化钙，在加入过氧化氢、氨气得到反应得到CaO₂，溶液冷却结晶得到CaO₂•8H₂O，副产品中含有氯化铵．
（1）反应①中只有FeCO₃与硝酸反应是氧化还原反应，反应方程式为：3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+3CO₂↑+5H₂O；操作I是过滤，需要的玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：3FeCO₃+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+3CO₂↑+5H₂O；漏斗、烧杯、玻璃棒；
（2）该反应的反应物为CaCl₂、H₂O₂、NH₃，反应生成CaO₂•8H₂O与NH₄Cl，反应方程式为：CaCl₂+H₂O₂+2NH₃+8H₂O=CaO₂•8H₂O+2NH₄Cl；
H₂O₂受热易分解，采用冰水控制温度在0℃左右，防止其分解，提高利用率，同时温度低能较低溶解度，提高产率，
故答案为：CaCl₂+H₂O₂+2NH₃+8H₂O=CaO₂•8H₂O+2NH₄Cl；防止H₂O₂分解，提高其利用率或降低CaO₂•8H₂O溶解度，提高产率；
（3）碘遇淀粉变蓝色，滴入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，溶液由蓝色变成无色，且30s内不出现蓝色，说明滴定到达终点；
根据电子转移守恒及题中反应方程式，可得关系式：CaO₂～I₂～2S₂O₃^2-，设样品中CaO₂的质量分数为x，则：CaO₂～I₂～2S₂O₃^2-，
   72g        2mol
   ax g      V×10^-3L×c mol．L^-1
所以72g：ax g=2mol：V×10^-3L×c mol．L^-1
解得x=$\frac{3.6cV}{a}$%，
故答案为：溶液由蓝色变成无色，且30s内不出现蓝色；$\frac{3.6cV}{a}$%；
（4）固体由2.16g加热到350℃变为0.56g，在加热过程中固体中钙元素的量不变，剩余固体中n（Ca）=n（CaO₂•8H₂O）=$\frac{2.16g}{216g/mol}$=0.01mol，m（Ca）=0.01mol×40g/mol=0.4g，则剩余固体中m（O）=0.56g-0.4g=0.16mol，故n（O）=$\frac{0.16mol}{16g/mol}$=0.01mol，故n（Ca）：n（O）=1：1，剩余固体的化学式为CaO，
故答案为：CaO．

点评 本题考查化实验制备化工流程、反应原理、氧化还原反应滴定应用、有关图象的计算等有关问题，是对学生综合能力的考查，难度中等．