Question

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

回答下列问题：
（1）实验室进行操作I用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，操作Ⅱ一系列操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（2）写出由CaSO₄、NH₃、CO₂制备（NH₄）₂SO₄的化学方程式：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．
（3）X物质为NH₃（填化学式，下同），Y物质为CO₂．
（4）要测定所制得的硫酸铵纯度，取10.0g样品，完全溶于水，向溶液中滴加过量的氯化钡溶液，过滤、洗涤、干燥后称量固体的质量为16.3l g．为避免引起误差，检验氯化钡溶液是否过量的操作为静置后向上层清液再滴加氯化钡溶液，若没有沉淀生成，说明氯化钡溶液过量，反之，氯化钡溶液不足，所制得硫酸铵的纯度为92.4%．
（5）图1装置能用于实验室制氨气的是乙丙丁（填序号）．
选择氨气的制取装置后，再用装置图2收集干燥的氨气，并制取硫酸铵溶液，连接的顺序（用接口序号字母表示）是：a接d，e接g，f接c，b接h．

上述装置中CCl₄的作用是防倒吸．

Answer 1

分析 在实验中利用CaSO₄、NH₃、CO₂制备（NH₄）₂SO₄，由于碱性条件下有利于二氧化碳的吸收，将二氧化碳转化为碳酸根离子，进而得到CaCO₃沉淀，故CaSO₄溶液先通入足量的氨气，使溶液成碱性，再通适量的二氧化碳，经过过滤分离得到CaCO₃与滤液，再煅烧CaCO₃生成生石灰与二氧化碳，滤液中含有硫酸铵，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铵晶体．
（1）操作I是过滤，操作Ⅱ从溶液中获得晶体；
（2）CaSO₄、NH₃、CO₂反应生成CaCO₃、（NH₄）₂SO₄；
（3）由上述分析，可知X为氨气、Y为二氧化碳；
（4）反应得到16.3l g固体为BaSO₄，根据硫酸根守恒计算n[（NH₄）₂SO₄]，再根据m=nM计算m[、（NH₄）₂SO₄]，进而计算所制得硫酸铵的纯度；
向溶液中滴加过量的氯化钡溶液，目的是使硫酸根离子完全沉淀，静置后向上层清液再滴加氯化钡溶液，根据是否有沉淀生成，可以检验氯化钡是否已过量；
（5）甲中直接加热NH₄Cl生成 NH₃和HCl，在试管口附近又生成了NH₄Cl；乙中加热浓氨水促进NH₃的挥发，可制取NH₃；丙中加热氢氧化钙和氯化铵固体，发生复分解反应生成NH₃；丁中浓氨水滴加到NaOH固体中，可挥发出NH₃；
因为收集干燥的NH₃，用碱石灰干燥NH₃，用向下排空气法收集NH₃，通入稀硫酸，制取硫酸铵，后面连接h，进行尾气处理；把NH₃直接通入稀硫酸中会发生倒吸，而NH₃难溶于CCl₄，所以CCl₄的作用是防倒吸．

解答 解：在实验中利用CaSO₄、NH₃、CO₂制备（NH₄）₂SO₄，由于碱性条件下有利于二氧化碳的吸收，将二氧化碳转化为碳酸根离子，进而得到CaCO₃沉淀，故CaSO₄溶液先通入足量的氨气，使溶液成碱性，再通适量的二氧化碳，经过过滤分离得到CaCO₃与滤液，再煅烧CaCO₃生成生石灰与二氧化碳，滤液中含有硫酸铵，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铵晶体．
（1）操作I是过滤，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，操作Ⅱ从溶液中获得硫酸铵晶体，硫酸铵的溶解度随温度的降低而减小，所以蒸发浓缩后进行冷却结晶，
故答案为：漏斗、玻璃棒；冷却结晶；
（2）CaSO₄、NH₃、CO₂反应生成CaCO₃、（NH₄）₂SO₄，反应方程式为：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，
故答案为：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
（3）由上述分析，可知X为氨气、Y为二氧化碳，故答案为：NH₃；CO₂；
（4）向溶液中滴加过量的氯化钡溶液，目的是使硫酸根离子完全沉淀，静置后向上层清液再滴加氯化钡溶液，若没有沉淀生成，说明氯化钡溶液过量，反之，氯化钡溶液不足，
反应得到16.3l g固体为BaSO₄，根据硫酸根守恒：n[（NH₄）₂SO₄]=n（BaSO₄）=$\frac{16.31g}{233g/mol}$=0.07mol，则m（（NH_4^）2SO₄）=0.07mol×132g/mol=9.24g，硫酸铵的纯度=$\frac{9.24g}{10.0g}$×100%=92.4%；
故答案为：静置后向上层清液再滴加氯化钡溶液，若没有沉淀生成，说明氯化钡溶液过量，反之，氯化钡溶液不足；92.4%；
（5）甲．直接加热NH₄Cl生成 NH₃和HCl，在试管口附近NH₃和HCl反应又生成了NH₄Cl，所以不能用来制取NH₃，故甲错误；
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，可制取NH₃，故乙正确；
丙．加热氢氧化钙和氯化铵固体，发生复分解反应生成NH₃，可用于制取NH₃，故丙正确；
丁．CaO与H₂O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，能用于制取NH₃，故丁正确；
因为要收集干燥的NH₃，用碱石灰干燥NH₃，所以a后接d、e，用向下排空气法收集NH₃，后面连接g、f，通入稀硫酸，制取硫酸铵，后面连接c、b，最后连接h，进行尾气处理；
把NH₃直接通入稀硫酸中会发生倒吸，而NH₃难溶于CCl₄，所以CCl₄的作用是防倒吸，
故答案为：乙丙丁；d、e、g、f、c、b、h；防倒吸．

点评 本题考查化学工艺流程、实验方案设计、物质分离提纯、化学计算、氨气制备等，是对基础知识的综合运用，较好的考查学生分析解决问题的能力，难度中等．