题目内容

18．工业废料石膏（CaSO4•2H2O）可以“变废为宝”，用于生产氧化钙、硫酸钾、电石（化学名称为碳化钙）等．某研究性学习小组展开了如下系列研究．
一、高纯CaO的制备
【资料一】
Ⅰ．石膏（CaSO4•2H2O）与碳粉高温煅烧生成氧化钙和几种气态非金属氧化物．
Ⅱ．SO2能使品红溶液褪色，也能使澄清石灰水变浑浊．
甲同学用如图1装置制备CaO并验证石膏与焦炭高温反应的其他产物．

实验过程中发现：B中无水硫酸铜变蓝；C中产生品红溶液褪色现象证明有SO2生成；装置E中无明显变化和装置F中澄清石灰水变浑浊现象证明有CO2生成．写出石膏与碳粉在高温条件下反应的化学方程式：2CaSO4•2H2O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+CO2↑+2SO2↑+4H2O↑．
二、硫酸钾和电石的制备
乙同学模拟生产化肥硫酸钾和电石的流程如图2：

【资料二】CaO与C在高温下反应生成碳化钙（化学式为CaCx）和CO．
（1）反应①的化学方程式为CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2SO4．证明固体M中不含CaCO3的方法是取少量固体于试管中，加入稀盐酸，无气泡生成，则无碳酸钙（写出实验的方法、现象）．
（2）反应②的化学方程式为（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，该反应能析出K2SO4晶体的原因是相同条件下，硫酸钾的溶解度小于氯化铵的溶解度．
三、假设上述流程中制得的碳化钙（化学式为CaCx）固体中只含杂质CaO，乙小组同学为测定CaCx中x的值进行如下实验．

【资料三】CaCx在空气中灼烧生成CaO和CO2．
步骤一：称取3.76g样品于图3所示石英管中（测定装置图如图3，夹持及加热装置省略），反应前缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的样品至反应完全后继续缓缓通入空气，测得丙溶液的质量比反应前增重了4.4g．（玻璃纤维可防止固体粉末进入导管）
步骤二：将石英管内剩余固体全部转移到水中，加入足量碳酸钠溶液，经搅拌、过滤、洗涤、干燥等操作得到碳酸钙固体6克．试回答下列问题：
（1）装置甲的作用是除去空气中的二氧化碳．反应完全后继续缓缓通入空气的目的是使反应生成的二氧化碳全部被丙装置吸收．
（2）根据步骤一、二计算该样品中钙、碳、氧的质量比为30：15：2，
计算确定CaCx的化学式（请写出计算过程）CaC2
（3）若碳酸钙未能完全干燥，则会导致CaCX中的x的值偏小（填“偏大”、“偏小”、“无影响”）

分析 一、白色固体无水硫酸铜能和水反应生成蓝色固体五水硫酸铜；
二氧化硫能使品红溶液褪色；
二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；
石膏与碳粉在高温条件下反应生成氧化钙、二氧化碳、二氧化硫和水蒸气；
二、（1）硫酸钙和碳酸铵反应生成碳酸钙沉淀和硫酸铵；
碳酸钙能和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳；
相同条件下，硫酸钾的溶解度小于氯化铵的溶解度；
三、氢氧化钠溶液能够吸收二氧化碳；
根据提供的数据和反应的化学方程式可以进行相关方面的计算和判断．

解答 解：一、实验过程中发现：B中无水硫酸铜变蓝；C中品红溶液褪色，证明有SO2生成；装置E中无明显变化，装置F中澄清石灰水变浑浊，证明有CO2生成；
石膏与碳粉在高温条件下反应生成氧化钙、二氧化碳、二氧化硫和水蒸气，反应的化学方程式为：2CaSO4•2H2O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+CO2↑+2SO2↑+4H2O↑．
故填：品红溶液褪色；E；澄清石灰水变浑浊；2CaSO4•2H2O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+CO2↑+2SO2↑+4H2O↑．
二、（1）反应①中，硫酸钙和碳酸铵反应生成碳酸钙沉淀和硫酸铵，反应的化学方程式为：CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2SO4；
证明固体M中不含CaCO3的方法是：取少量固体于试管中，加入稀盐酸，无气泡生成，则无碳酸钙．
故填：CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2SO4；取少量固体于试管中，加入稀盐酸，无气泡生成，则无碳酸钙．
（2）反应②的化学方程式为（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，该反应能析出K2SO4晶体的原因是相同条件下，硫酸钾的溶解度小于氯化铵的溶解度．
故填：相同条件下，硫酸钾的溶解度小于氯化铵的溶解度．
三、（1）装置甲的作用是除去空气中的二氧化碳；
反应完全后继续缓缓通入空气的目的是使反应生成的二氧化碳全部被丙装置吸收．
故填：除去空气中的二氧化碳；使反应生成的二氧化碳全部被丙装置吸收．
（2）样品中的钙元素完全转化到碳酸钙中，因此样品中钙元素质量为：6g×$\frac{40}{100}$×100%=2.4g，
样品中的碳元素完全转化到反应生成的二氧化碳中，测得丙溶液的质量比反应前增重了4.4g，说明反应生成了4.4g二氧化碳，碳元素质量为：
4.4g×$\frac{12}{44}$×100%=1.2g，
样品中氧元素质量为：3.76g-2.4g-1.2g=0.16g，
根据步骤一、二计算该样品中钙、碳、氧的质量比为：2.4g：1.2g：0.16g=30：15：2；
设杂质氧化钙质量为x，
根据题意有：x×$\frac{16}{56}$×100%=0.16g，
x=0.56g，
样品中碳化钙质量为：3.76g-0.56g=3.2g，
根据题意有：3.2g×$\frac{12x}{12x+40}$×100%=1.2g，
x=2，
CaCx的化学式是CaC2．
故填：30：15：2；CaC2．
（3）若碳酸钙未能完全干燥，会导致样品中钙元素计算结果偏大，从而导致CaCX中的x的值偏小．
故填：偏小．

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．

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（3）SO2是无色有窒息性臭味的有毒气体，能使品红溶液褪色．
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实验过程中发现：A中有红棕色固体生成，B中无水硫酸铜变蓝，C中U形管内有无色晶体（SO3）析出，D中品红溶液褪色，装置E的作用是吸收SO2防止污染环境．
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FeSO4溶液中加入NaOH溶液，反应的化学方程式依次为①FeSO4+2NaOH═Fe（OH）2↓+Na2SO4，②4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe（OH）3．由沉淀a获得Fe3O4的化学方程式为：6Fe（OH）2+O2═2Fe3O4+6H2O
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