Question

19．硫酸的工業(yè)制備是一個重要的化工生產過程，但同時在生產過程中會產生大量SO₂等污染物．以硫酸工業(yè)的尾氣、氨水、石灰石、焦炭及氯化鉀為原料可以合成有重要用途的硫化鈣、硫酸鉀、氯化銨、亞硫酸銨等物質．合成路線如下：

完成下列填空：
（1）某電廠每月用煤300t（煤中含硫的質量分數(shù)為2.5%），若燃燒時煤中的硫全部轉化為二氧化硫，現(xiàn)用反應Ⅰ的原理將尾氣中的SO₂轉化為石膏，且反應過程中96%的硫轉化為石膏，則可生產石膏38.7 t．
（2）操作a中，必須的操作步驟有蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾等；
（3）反應Ⅲ中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：4；
（4）寫出反應Ⅳ的方程式CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；操作b所得濾液中陽離子的檢驗方法是取溶液少許加入NaOH并加熱，生成有刺激性氣味的氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍．
（5）反應Ⅴ在25℃，40%乙二醇溶液中進行，該復分解反應能順利進行的原因是由于K₂SO₄在乙二醇溶液中的溶解度小，能夠形成晶體而析出，因此符合復分解反應發(fā)生的條件；
（6）該生產過程中可以循環(huán)使用的物質是CaCO₃，CO₂．

Answer 1

分析 由流程可知，I中發(fā)生2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂，反應Ⅳ為NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反應生成碳酸鈣和硫酸銨，發(fā)生NH₄HCO₃+NH₃+CaSO₄=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，可知CaCO₃、CO₂可循環(huán)使用，反應Ⅴ為硫酸銨溶液中加入氯化鉀生成硫酸鉀晶體，所以操作b為過濾，濾液中含有的陽離子為銨根離子，Ⅱ中發(fā)生SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，Ⅲ中發(fā)生CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，
（1）煤300t（煤中含硫的質量分數(shù)為2.5%）中含有硫元素的質量為7.5t，根據(jù)硫元素守恒有關系式根據(jù)關系式S～SO₂～CaSO₄•2H₂O，可計算出生產石膏的質量；
（2）操作a是從亞硫酸銨溶液中獲得亞硫酸銨晶體，亞硫酸銨晶體受熱易分解，據(jù)此分析；
（3）反應Ⅲ化學方程式為：CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，氧化劑為CaSO₄，還原劑為C；
（4）反應Ⅳ為NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反應生成碳酸鈣和硫酸銨，操作b所得濾液中陽離子為銨根離子，用堿和石蕊試紙檢驗銨根離子；
（5）硫酸鉀在不同溶劑中溶解度的不同，以此分析達到析出晶體的目的；
（6）根據(jù)上面的分析可知，循環(huán)使用的物質．

解答 解：由流程可知，I中發(fā)生2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂，反應Ⅳ為NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反應生成碳酸鈣和硫酸銨，發(fā)生NH₄HCO₃+NH₃+CaSO₄=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，可知CaCO₃、CO₂可循環(huán)使用，反應Ⅴ為硫酸銨溶液中加入氯化鉀生成硫酸鉀晶體，所以操作b為過濾，濾液中含有的陽離子為銨根離子，Ⅱ中發(fā)生SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，Ⅲ中發(fā)生CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，
（1）二氧化硫與碳酸鈣反應生成亞硫酸鈣與二氧化碳，反應方程式為：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，亞硫酸鈣在水存在的條件下被氧氣氧化生成CaSO₄•2H₂O，反應方程式為：2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O），總反應為：2CaCO₃+2SO₂+O₂+4H₂O═2（CaSO₄•2H₂O）+2CO₂；
          S～SO₂ ～CaSO₄•2H₂O
         32                172
300t×2.5%×96%      m
$\frac{32}{300t×2.5%×96%}=\frac{172}{m}$，解得m=38.7t，
故答案為：38.7．
（2）操作a是從亞硫酸銨溶液中獲得亞硫酸銨晶體，亞硫酸銨晶體受熱易分解，所以操作a為冷卻結晶、過濾，
故答案為：冷卻結晶、過濾；
（3）反應Ⅲ化學方程式為：CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，氧化劑為CaSO₄，還原劑為C，反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：4，
故答案為：1：4；
（4）反應Ⅳ為NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反應生成碳酸鈣和硫酸銨，反應方程式為CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓，操作b所得濾液中陽離子為銨根離子，其操作為取溶液少許加入NaOH并加熱，生成有刺激性氣味的氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，
故答案為：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；取溶液少許加入NaOH并加熱，生成有刺激性氣味的氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍；
（5）反應V中選用了40%的乙二醇溶液，溫度控制在25℃，此時硫酸鉀的產率超過90%，選用40%的乙二醇溶液原因是利用乙二醇降低硫酸鉀溶解度，有利于析出，
故答案為：由于K₂SO₄在乙二醇溶液中的溶解度小，能夠形成晶體而析出，因此符合復分解反應發(fā)生的條件；
（6）根據(jù)上面的分析可知，循環(huán)使用的物質為CaCO₃，CO₂，
故答案為：CaCO₃，CO₂．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，把握發(fā)生的反應、物質的性質、離子檢驗及原電池、氧化還原反應等為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，題目難度中等