Question

2．将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO₄•2H₂O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义．以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的某工艺流程示意图．

（1）在这个工艺中，有很多粒子都具有相同的电子数．
写出该工艺中具有相同电子数的四种粒子的化学式：NH₃、H₂O、NH₄⁺、OH^-、H₃O⁺五种的任意四种．
（2）1919年由Langmuir提出了等电子体．原子数相同、电子数相同的粒子，互称为等电子体．A、B、C、D、E、F 是原子序数依次增大的6种位于元素周期表前20号的元素．B、C、D、E位于同周期．C是构成空气的主要元素．F与B、D都可形成XY₂型离子化合物FB₂、FD₂，且都可与A₂D（无色液体）反应放出气体．B₂^2-与C₂是等电子体，D₂^2-与E₂是等电子体．F原子的N层电子数与K层电子数相同．
①比较C、D、E对应的简单阴离子的半径（用离子符号表示）N^3-＞O^2-＞F^-（由大到小）；
②写出能证明D和E非金属性强弱的一个化学方程式2F₂+2H₂O=4HF+O₂．
③由上述6种元素中的4种构成的离子化合物是（写出两种）NH₄HCO₃、（NH₄）₂CO₃、Ca（HCO₃）₂、（CH₃COO）₂Ca其中两种，其中所含的化学键类型有离子键、共价键．
（3）①过滤Ⅱ所得滤液中大量含有的阳离子有哪些？请分别检验．（可不填满下表）

所含离子	检验方法
K+	取少量滤液于试管中，通过焰色反应，火焰呈紫色（透过蓝色钴玻璃）
NH4+	取少量滤液于试管中，并向其中加入NaOH微热，有刺激性气味产生（该气体可使湿润红色石蕊试纸变蓝）

②写出此工艺的总反应方程式CaSO₄•2H₂O+2KCl+4H₂O=K₂SO₄+CaCl₂•6H₂O．

Answer 1

分析 流程图分析：吸收环节：2NH₃+CO₂+H₂O生成碳酸铵；转化Ⅰ环节：碳酸铵和石膏悬浊液反应生成CaCO₃+（NH₄）₂SO₄，经过滤后分离；转化Ⅱ：（NH₄）₂SO₄和KCl的饱和溶液反应得到NH₄Cl和K₂SO₄经过滤Ⅱ分离；蒸氨环节的为CaO、H₂O、NH₄Cl生成为CaCl₂．6H₂O和NH₃，
（1）根据工艺中涉及的微粒进行答题；
（2）C是空气中含量最多的元素，即为N，F原子的N层电子数与K层电子数相同，即为Ca，F与B、D都可形成XY₂型离子化合物FB₂、FD₂，所以推知B是C，过氧化钙和碳化钙均能和水反应产生氧气，所以D是O，C₂^2-与N₂是原子数均为2、电子数是14的等电子体，O₂^2-与F₂是电子数为18的等电子体，所以E是F，
①电子排布一样的离子，则核电荷数越多半径越小；
②根据非金属单质间的置换反应可以确定非金属的非金属性强弱；
③阴阳离子间通过静电作用形成的化学键是离子键，含有离子键的化合物是离子化合物；
（3）根据流程分析可知，过滤Ⅱ所得滤液中大量含有的阳离子有K⁺、NH₄⁺，根据K⁺通过焰色反应检验，NH₄⁺用氢氧化钠溶液检验；根据元素守恒写总反应方程式．

解答 解：流程图分析：吸收环节：2NH₃+CO₂+H₂O生成碳酸铵；转化Ⅰ环节：碳酸铵和石膏悬浊液反应生成CaCO₃+（NH₄）₂SO₄，经过滤后分离；转化Ⅱ：（NH₄）₂SO₄和KCl的饱和溶液反应得到NH₄Cl和K₂SO₄经过滤Ⅱ分离；蒸氨环节的为CaO、H₂O、NH₄Cl生成为CaCl₂．6H₂O和NH₃，
（1）根据工艺中涉及的微粒可知，具有相同电子数的粒子的化学式为NH₃、H₂O、NH₄⁺、OH^-、H₃O⁺，
故答案为：NH₃、H₂O、NH₄⁺、OH^-、H₃O⁺五种的任意四种；
（2）C是空气中含量最多的元素，即为N，F原子的N层电子数与K层电子数相同，即为Ca，F与B、D都可形成XY₂型离子化合物FB₂、FD₂，所以推知B是C，过氧化钙和碳化钙均能和水反应产生氧气，所以D是O，C₂^2-与N₂是原子数均为2、电子数是14的等电子体，O₂^2-与F₂是电子数为18的等电子体，所以E是F，
①N^3-、O^2-、F^-是核外电子排布一样的离子，则核电荷数越多半径越小，故离子半径大小顺序是：N^3-＞O^2-＞F^-，
故答案为：N^3-＞O^2-＞F^-；
②氟气能将氧气从其化合物中置换出来，如2F₂+2H₂O=4HF+O₂，证明氟的非金属性强于氧，
故答案为：2F₂+2H₂O=4HF+O₂；
③离子化合物的构成条件：含有阴阳离子间通过静电作用形成的化学键即离子键，非金属之间形成的化学键大多是共价键，由上述元素中的4种构成的离子化合物有：NH₄HCO₃、（NH₄）₂CO₃、Ca（HCO₃）₂、（CH₃COO）₂Ca，
故答案为：NH₄HCO₃、（NH₄）₂CO₃、Ca（HCO₃）₂、（CH₃COO）₂Ca其中两种；离子键、共价键；
（3）①根据流程分析可知，过滤Ⅱ所得滤液中大量含有的阳离子有K⁺、NH₄⁺，K的检验方法是取少量滤液于试管中，通过焰色反应，火焰呈紫色（透过蓝色钴玻璃）
，NH₄⁺的检验方法是取少量滤液于试管中，并向其中加入NaOH微热，有刺激性气味产生（该气体可使湿润红色石蕊试纸变蓝），
故答案为：K⁺；取少量滤液于试管中，通过焰色反应，火焰呈紫色（透过蓝色钴玻璃）；NH₄⁺；取少量滤液于试管中，并向其中加入NaOH微热，有刺激性气味产生（该气体可使湿润红色石蕊试纸变蓝）；
②此工艺的总反应方程式为CaSO₄•2H₂O+2KCl+4H₂O=K₂SO₄+CaCl₂•6H₂O，故答案为：CaSO₄•2H₂O+2KCl+4H₂O=K₂SO₄+CaCl₂•6H₂O．

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、检验等．做推断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，难度较大．