Question

10．過(guò)氧化鈣（CaO₂）難溶于水，在常溫下穩(wěn)定，在潮濕空氣及水中緩慢分解放出氧氣，因而廣泛應(yīng)用于漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等許多方面．如圖是以大理石（主要雜質(zhì)是氧化鐵）等為原料制取過(guò)氧化鈣（CaO₂）的流程．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）操作①應(yīng)包括下列操作中的A、B、E．（填序號(hào)）
A．溶解　B．過(guò)濾　C．蒸餾　D．分液　E．蒸發(fā)結(jié)晶
（2）用氨水調(diào)節(jié)pH至8～9的目的是除去Fe³⁺．
（3）若測(cè)得濾液C中c（CO₃^2-）=10^-3 mol/L，則Ca²⁺是（填“是”或“不”）沉淀完全．[已知c（Ca²⁺）≤10^-5 mol/L時(shí)即可視為沉淀完全；K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9]
（4）若在濾液C中，加入HNO₃使溶液呈酸性以得到副產(chǎn)物NH₄NO₃，則酸化后溶液中c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）（填“≥”、“≤”、“＜”、“＞”或“=”）．
（5）操作②是：在低溫下，往過(guò)氧化氫濃溶液中投入無(wú)水氯化鈣進(jìn)行反應(yīng)，一段時(shí)間后，再加入氫氧化鈉溶液，當(dāng)調(diào)節(jié)溶液pH至9～11，才出現(xiàn)大量沉淀．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式CaCl₂+H₂O₂=CaO₂↓+2HCl；用簡(jiǎn)要的文字解釋用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至9～11的原因加入NaOH溶液使上述平衡向正反應(yīng)方向，有利于CaO₂沉淀的生成．
（6）已知大理石含CaCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a，m g大理石可以制得n g CaO₂，請(qǐng)計(jì)算：CaCO₃轉(zhuǎn)化為CaO₂過(guò)程中，Ca原子的利用率$\frac{25n}{18am}$×100%．

Answer 1

分析 大理石（主要雜質(zhì)是氧化鐵）與硝酸反應(yīng)生成硝酸鈣和硝酸鐵，則濾液A的成分有硝酸鈣和硝酸鐵以及剩余的硝酸，當(dāng)pH至8-9范圍段內(nèi)時(shí)，三價(jià)鐵可易形成沉淀，所以濾渣B是氫氧化鐵，濾液B是硝酸鈣，和碳酸銨之間可以發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣和硝酸銨，過(guò)濾，沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發(fā)結(jié)晶可以得到氯化鈣晶體，再失水成為無(wú)水氯化鈣，雙氧水可以和氯化鈣反應(yīng)生成過(guò)氧化鈣和鹽酸，
（1）實(shí)現(xiàn)固體和液體的分離采用過(guò)濾的方法，從氯化鈣的溶液中獲得氯化鈣的結(jié)晶水合物要采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法，碳酸鈣能和強(qiáng)酸反應(yīng)；
（2）pH至8-9范圍段內(nèi)時(shí)，三價(jià)鐵可易形成沉淀；
（3）依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算此時(shí)鈣離子難度減小分析判斷；
（4）酸化后溶液中，銨根離子水解；
（5）雙氧水可以和氯化鈣反應(yīng)生成過(guò)氧化鈣和鹽酸；氫氧化鈉溶液加入和鹽酸反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行生成過(guò)氧化鈣；
（6）m g大理石中碳酸鈣的物質(zhì)的量為$\frac{ma}{100}$mol，n g CaO₂的物質(zhì)的量為$\frac{n}{72}$mol，根據(jù)Ca原子的利用率=$\frac{CaO{\;}_{2}的物質(zhì)的量}{CaCO{\;}_{3}的物質(zhì)的量}$×100%計(jì)算．

解答 解：根據(jù)圖示信息，可得出：濾液A的成分有硝酸鈣和硝酸鐵以及剩余的硝酸，當(dāng)pH至8-9范圍段內(nèi)時(shí)，三價(jià)鐵可易形成沉淀，所以濾渣B是氫氧化鐵，濾液B是硝酸鈣，和碳酸銨之間可以發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣和硝酸銨，過(guò)濾，沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發(fā)結(jié)晶可以得到氯化鈣晶體，再失水成為無(wú)水氯化鈣，雙氧水可以和氯化鈣反應(yīng)生成過(guò)氧化鈣和鹽酸．
（1）碳酸鈣和硝酸銨的混合物過(guò)濾后，所得沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發(fā)結(jié)晶可以得到氯化鈣晶體，CaCO₃ 和稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案為：A、B、E；
（2）用氨水調(diào)節(jié)pH至8-9，三價(jià)鐵可易形成沉淀，從而分離出硝酸鈣溶液，故答案為：除去Fe³⁺；
（3）若測(cè)得濾液C中c（CO₃^2-）=10^-3　mol/L，Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9；Ksp=Ca²⁺+CO₃^2-=10^-3　mol/L×c（Ca²⁺）=4.96×10^-9 ，c（Ca²⁺）=4.96×10^-6 mol/L，已知c（Ca²⁺）≤10^-5mol/L可視為沉淀完全，所以此時(shí)鈣離子沉淀完全；
故答案為：是；
（4）若在濾液C中，加入HNO₃使溶液呈酸性以得到副產(chǎn)物NH₄NO₃，銨根離子水解，則酸化后溶液中c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）；
故答案為：＜；
（5）雙氧水可以和氯化鈣反應(yīng)生成過(guò)氧化鈣和鹽酸，即CaCl₂+H₂O₂=CaO₂↓+2HCl，加入NaOH溶液使上述平衡向正反應(yīng)方向，有利于CaO₂沉淀的生成；
故答案為：CaCl₂+H₂O₂=CaO₂↓+2HCl；加入NaOH溶液使上述平衡向正反應(yīng)方向，有利于CaO₂沉淀的生成；
（6）m g大理石中碳酸鈣的物質(zhì)的量為$\frac{ma}{100}$mol，n g CaO₂的物質(zhì)的量為$\frac{n}{72}$mol，所以Ca原子的利用率=$\frac{CaO{\;}_{2}的物質(zhì)的量}{CaCO{\;}_{3}的物質(zhì)的量}$×100%=$\frac{25n}{18am}$×100%，
故答案為：$\frac{25n}{18am}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，明確制備流程為解答關(guān)鍵，注意掌握難溶物溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的應(yīng)用方法，試題有利于提高學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>