Question

3．某实验小组利用废硫酸液制备K₂SO₄并研究CaSO₄•2H₂O加热分解的产物．
【阅读资料】：CaSO₄微溶于水．
（一）K₂SO₄的制备（如图1）

（1）将CaCO₃研成粉末的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率．
（2）上述流程中可循环使用的物质有CO₂和CaCO₃（填写化学式）．
（3）不用水而用饱和K₂SO₄溶液洗涤反应Ⅲ所得晶体的目的是防止K₂SO₄晶体溶解；为检验此晶体是否洗涤干净，可取最后一次洗涤液，先加入c（选填序号，下同），振荡、静置，再向上层清液中滴加a，观察现象即可判断．
a．AgNO₃溶液         b．过量的BaCl₂溶液        c．过量的Ba（NO₃）₂溶液
（4）反应 II的化学方程式为CaSO₄+H₂O+2NH₃+CO₂=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓．
（5）反应Ⅲ中相关物质的溶解度如下表．你认为反应Ⅲ在常温下能实现的原因是常温下K₂SO₄的溶解度小．

物质	KCl	K2SO4	NH4Cl	M
溶解度/g（25℃）	34.0	11.1	37.2	19.5

（二）研究CaSO₄•2H₂O加热分解的产物．
（6）为了测定CaSO₄•2H₂O和CaCO₃的质量比x：y，实验小组利用如图2所示的装置（夹持仪器省略）进行实验．

①实验前首先要检查装置的气密性，再装入样品．装置A的作用是除去空气中的CO₂和H₂O．
②已知CaSO₄•2H₂O在160℃生成CaSO₄，1350℃时CaSO₄开始分解；CaCO₃在900℃时分解完全．现控制B装置温度900℃进行实验并采集了如下数据：
a．反应前玻璃管与样品的质量m₁g       b．反应后玻璃管中固体的质量为m₂g
c．装置C实验后增重m₃g                d．装置D实验后增重m₄g
某同学选用b、d或c、d数据组合求出x：y的值，若无装置E，则实验测定结果将偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（7）CaSO₄•2H₂O受热会逐步失去结晶水．CaSO₄•2H₂O的相对分子质量为172．取纯净CaSO₄•2H₂O固体3.44g，放在（6）的实验装置B中进行加热，测定固体质量随温度的变化情况如图3所示．求G点固体的化学式
是CaSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 （一）反应物接触面积越大，反应速率越快；
硫酸钾不能溶解在饱和硫酸钾溶液中；
钡离子能和硫酸根离子结合成白色沉淀硫酸钡，银离子能和氯离子结合成白色沉淀氯化银；
根据反应物、生成物、反应条件及其质量守恒定律可以书写反应的化学方程式；
混合溶液中，溶质的溶解度越小，越容易析出晶体；
（二）凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
碱石灰中含有氧化钙和氢氧化钠，能够吸收水蒸气和二氧化碳；
根据图中提供的数据可以金属判断G点固体的化学式．

解答 解：（一）（1）将CaCO₃研成粉末的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率．
故填：增大反应物的接触面积，加快反应速率．
（2）由上述流程中可知，可循环使用的物质有CO₂和CaCO₃．
故填：CaCO₃．
（3）不用水而用饱和K₂SO₄溶液洗涤反应Ⅲ所得晶体的目的是防止K₂SO₄晶体溶解；
为检验此晶体是否洗涤干净，可取最后一次洗涤液，先加入过量的Ba（NO₃）₂溶液，振荡、静置，如果不产生沉淀，再向上层清液中滴加AgNO₃溶液，如果不产生沉淀，则已经洗的干净．
故填：防止K₂SO₄晶体溶解；c；a．
（4）反应 II中，硫酸钙和水、氨气、二氧化碳反应生成硫酸铵和碳酸钙，反应的化学方程式为：CaSO₄+H₂O+2NH₃+CO₂=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓．
故填：CaSO₄+H₂O+2NH₃+CO₂=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓．
（5）由下表相关物质的溶解度可知，反应Ⅲ在常温下能实现的原因是常温下K₂SO₄的溶解度小．
故填：常温下K₂SO₄的溶解度小．
（二）（6）①实验前首先要检查装置的气密性，再装入样品．装置A的作用是除去空气中的CO₂和H₂O．
故填：检查装置的气密性；除去空气中的CO₂和H₂O．
②选用b、d数据时，通过D装置可以判断反应生成二氧化碳的质量，进一步可以计算出碳酸钙的质量，通过碳酸钙的质量可以计算分解生成的氧化钙的质量，通过B装置中固体质量减去氧化钙的质量可得硫酸钙的质量，进一步可以计算出CaSO₄•2H₂O的质量，从而计算CaSO₄•2H₂O和CaCO₃的质量比；
选用c、d数据时，通过D装置可以判断反应生成二氧化碳的质量，进一步可以计算出碳酸钙的质量，通过C装置可以计算CaSO₄•2H₂O分解生成水的质量，进一步可以计算CaSO₄•2H₂O和CaCO₃的质量比；
求出x：y的值时，若无装置E，空气则水蒸气和二氧化碳会进入D装置，导致计算的二氧化碳质量偏大，从而导致测定结果偏小．
故填：偏小．
（7）设G点固体的化学式为CaSO₄•xH₂O，
CaSO₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaSO₄•xH₂O+（2-x）H₂O，
172                     136+18x
3.44g                   3.08g
$\frac{172}{3.44g}$=$\frac{136+18x}{3.08g}$，
x=1，
G点固体的化学式是CaSO₄•H₂O．
故填：CaSO₄•H₂O．

点评 本题主要考查物质的性质，解答时要根据各种物质的性质，结合各方面条件进行分析、判断，从而得出正确的结论．