Question

10．某化学小组在实验室中利用CaSO₄、NH₃、CO₂制备（NH₄）₂SO₄，其工艺流程如下．

回答下列问题：
（1）操作Ⅱ一系列操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．操作Ⅲ中盛装CaCO₃的仪器是坩埚（填名称）．
（2）X物质为NH₃（填化学式，下同），Y物质为CO₂，可循环利用的物质的有NH₃，CO₂．
（3）图1装置不能用于实验室制氨气的是甲（填序号）．

（4）该化学小组组装了如图2所示装置来探究NH₃的还原性．用酒精灯加热C处硬质试管一段时间后，将（3）中产生的气体干燥后通入C，过一会撤去C处酒精灯．若实验过程中F处铜片没有任何变化，D中无明显现象，只观察到C中黑色粉末变红，则C中发生反应的化学方程式为2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂+3Cu+3H₂O．
若实验过程中C中只观察到黑色粉末变红，F处铜片逐渐溶解，则：
①D中观察到的现象是出现红棕色气体．②F中铜片逐渐溶解的原因是从E中出来的气体含有二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸使铜片溶解．

Answer 1

分析 硫酸钙溶液通入足量的氨气，使溶液成碱性，再通适量的二氧化碳，与溶液中的氨水、硫酸钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液，经过过滤分离得到碳酸钙沉淀再煅烧生成生石灰，而旅游硫酸铵经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到硫酸铵晶体，
（1）从硫酸铵溶液中获得硫酸铵晶体，可以用降温结晶的方法，固体物质加热，把固体放在坩埚中；
（2）中性条件下CO₂的溶解度很小，但是氨气易溶于水，得到的碱性溶液易和二氧化碳反应，能把CaSO₄完全转化为CaCO₃；
（3）根据实验室制备氨气的化学原理及实验操作的可行性、实验安全等进行分析判断；
（4）氨气与氧化铜在加热的条件下发生氧化还原反应，氨气被氧化成氮气或一氧化氮等，根据F处铜片没有任何变化、D中无明显现象、只观察到C中黑色粉末变红，可知，该反应的产物应为氮气和铜等，若实验过程中C中只观察到黑色粉末变红，F处铜片逐渐溶解，则产物为铜和一氧化氮，D中一氧化氮遇空气生成二氧化氮，F中二氧化氮遇水生成硝酸，硝酸能溶解铜，据此答题．

解答 解：硫酸钙悬浊液通入足量的氨气，使溶液成碱性，再通适量的二氧化碳，与溶液中的氨水、硫酸钙悬浊液反应生成碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液，经过过滤分离得到碳酸钙沉淀再煅烧生成生石灰，而旅游硫酸铵经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到硫酸铵晶体；
（1）由分析知：B为碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液，分离二者的实验操作应为：过滤，滤液硫酸铵溶液，使硫酸铵在溶液中析出的方法为：先加热制成饱和溶液
（蒸发浓缩）再降温冷却，结晶析出（冷却结晶），过滤；酸钙为固体，高温加热或煅烧固体，应把固体放在坩埚中，故盛放碳酸钙所用的仪器是坩埚，
故答案为：冷却结晶；坩埚；
（2）中性条件下CO₂的溶解度很小，但是氨气易溶于水，得到的碱性溶液易和二氧化碳反应，能把CaSO₄完全转化为CaCO₃，往CaSO₄悬浊液中加入NH₃后，发生反应如下：CaSO₄+2NH₃+2H₂O?Ca（OH）₂+（NH₄）₂SO₄，向其中加入CO₂可以生成CaCO₃，平衡向正方向移动，有利于（NH₄）₂SO₄的生成，则X为NH₃，Y为CO₂；根据反应流程得知：工艺流程中生成NH₃和CO₂，也需要使用NH₃和CO₂，可循环利用的物质的有NH₃，CO₂；
故答案为：NH₃；CO₂； NH₃，CO₂；
（3）甲：氯化铵受热分解成氨气和氯化氢，但氨气和氯化氢一冷却马上又可以化合成氯化铵，这个方案很难制氨气；
乙：氨水中存在平衡关系：NH₃+H₂O═NH₃•H₂O═NH₄⁺+OH^-，加热浓氨水，氨气溶解度降低，从溶液中逸出，平衡向逆反应方向移动，可以制取氨气；
丙：熟石灰和氯化铵混合后加热可以制取氨气，反应的化学方程式为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，可以制取氨气；
丁：利用CaO与H₂O剧烈反应，生成Ca（OH）₂，放出大量热，促进NH₃•H₂O的分解及NH₃的挥发逸出，又由于Ca（OH）₂是强碱，也促进NH₃•H₂O的分解及NH₃的挥发逸出，反应的化学方程式为：NH₃•H₂O+CaO═NH₃↑+Ca（OH）₂，可以制取氨气，
故答案为：甲；
（4）氨气与氧化铜在加热的条件下发生氧化还原反应，氨气被氧化成氮气或一氧化氮等，根据F处铜片没有任何变化、D中无明显现象、只观察到C中黑色粉末变红，可知，该反应的产物应为氮气和铜等，反应的方程式为2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂+3Cu+3H₂O，若实验过程中C中只观察到黑色粉末变红，F处铜片逐渐溶解，则产物为铜和一氧化氮，D中一氧化氮遇空气生成二氧化氮，F中二氧化氮遇水生成硝酸，硝酸能溶解铜，所以①D中观察到的现象是出现红棕色气体，②F中铜片逐渐溶解的原因是从E中出来的气体含有二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸使铜片溶解，
故答案为：2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂+3Cu+3H₂O；出现红棕色气体；从E中出来的气体含有二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸使铜片溶解．

点评 本题为工艺流程题，涉及原料、产品的判断、方程式的书写、检验、气体的制备等．做题时要充分利用所给的信息，结合自己已学过的知识，进行有依据性的推测、计算，难度较大．