Question

【題目】工業廢料石膏（CaSO42H2O）可以“變廢為寶”，用于生產氧化鈣、硫酸鉀、電石（化學名稱為碳化鈣）等。某研究性學習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（CaSO42H2O）與碳粉高溫煅燒生成氧化鈣和幾種氣態非金屬氧化物。

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。

甲同學用如下裝置制備CaO并驗證石膏與焦炭高溫反應的其他產物。

實驗過程中發現：B中無水硫酸銅變藍，C中產生_____________現象證明有SO2生成，裝置_____中無明顯變化和裝置F中_____________現象證明有CO2生成。寫出石膏與碳粉在高溫條件下反應的化學方程式：___________________。

二.硫酸鉀和電石的制備

乙同學模擬生產化肥硫酸鉀和電石的流程如下：

【資料二】氧化鈣與焦炭在高溫下反應生成碳化鈣和一氧化碳。

（1）反應①的化學方程式為__________________________。證明固體M中不含CaCO3的方法是____________________________（寫出實驗的方法、現象）。

（2）反應②的化學方程式為(NH4)2SO4 + 2KCl ═ K2SO4↓+ 2NH4Cl，該反應能析出K2SO4晶體的原因是_____________________________________。

（3）假設上述流程中制得的碳化鈣（化學式為CaCx）固體中只含雜質CaO，乙小組同學為測定CaCx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樣品于下圖所示石英管中（測定裝置圖如下，夾持及加熱裝置省略），反應前緩緩通入空氣，高溫灼燒石英管中的樣品至反應完全后繼續緩緩通入空氣，測得丙溶液的質量比反應前增重了4.4g。（玻璃纖維可防止固體粉末進入導管）

步驟二：將石英管內剩余固體全部轉移到水中，加入足量碳酸鈉溶液，經攪拌、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_______。反應完全后繼續緩緩通入空氣的目的是_________。

②根據步驟一、二計算該樣品中鈣、碳、氧的質量比為______________，計算確定CaCx的化學式（請寫出計算過程）________。

③應用：丙同學經查閱資料知道實驗室常用電石（主要成分為碳化鈣）與水反應制取乙炔氣體（發生裝置如圖）。經實驗發現，電石與水反應非常劇烈，為控制反應的速度以得到平穩的氣流，下列改進方法可行的是______。

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）

Answer 1

【答案】 品紅溶液褪色 E 澄清石灰水變渾濁 2CaSO42H2O + C2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O CaSO4+ (NH4)2CO3==CaCO3↓+(NH4)2 SO4 取樣，加入足量稀鹽酸，無氣泡冒出 該溫度下，K2SO4的溶解度小 除去空氣中的CO2氣體 使殘留在裝置內的CO2氣體被丙裝置充分吸收 30∶15∶2 CaC2 ACD

【解析】一、由題意“SO2能使品紅溶液褪色” ，可得C中產生品紅溶液褪色現象，證明有SO2生成，SO2也能使澄清石灰水變渾濁，所以要證明CO2先要除去SO2，裝置E中無明顯變化和裝置F中澄清石灰水變渾濁，證明有CO2生成，可得石膏（CaSO42H2O）與碳粉高溫煅燒生成氧化鈣和二氧化硫、二氧化碳，還有水，化學方程式為：2CaSO42H2O + C2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O；

二、（1）碳酸銨與硫酸鈣反應生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，化學方程式為：CaSO4+ (NH4)2CO3=CaCO3↓+(NH4)2SO4；證明固體M中不含CaCO3，也就是證明其中不含碳酸根離子，可以加入足量稀鹽酸，無氣泡冒出，則說明沒有；

（2）該溫度下，K2SO4的溶解度小，所以會達到飽和而析出；

（3）①裝置甲中的氫氧化鈉除去空氣中的CO2氣體，防止空氣中的二氧化碳影響計算；反應完全后繼續緩緩通入空氣的目的是使殘留在裝置內的CO2氣體被丙裝置充分吸收，使計算結果更準確。

②根據質量守恒，二氧化碳中的碳即為樣品中的碳，為4.4g× ×100%=1.2g；第二步碳酸鈣固體中的鈣即為樣品中的鈣，為6g× ×100%=2.4g；所以樣品中氧的質量比為3.76g-1.2g-2.4g=0.16g；該樣品中鈣、碳、氧的質量比為2.4g：1.2g：0.16g=30∶15∶2；氧化鈣中鈣、氧的質量比為40:16=5:2，所以CaCx的中鈣、碳的質量比為40：12x=（30-5）∶15，x=2，所以化學式為CaC2；

③為控制反應的速度以得到平穩的氣流，就要控制液體加入的速率，長頸漏斗為分液漏斗或注射器，或將溫度降低（例如將錐形瓶置于冰水浴中），或減小反應物的濃度（例如用飽和食鹽水代替水）。