题目内容
20．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．无水硫酸铜遇水变成蓝色的硫酸铜晶体．
Ⅱ．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．
Ⅲ．SO2能使品红溶液褪色，也能使澄清石灰水变浑浊，还能被高锰酸钾溶液氧化而除去．
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\;}}{\;}$4H2O↑+2CaO+2SO2↑+CO2↑
二、硫酸钾和电石的制备
乙同学模拟生产化肥硫酸钾和电石的流程如图2：
【资料二】氧化钙与焦炭在高温下反应生成碳化钙和一氧化碳．
（1）反应①的化学方程式为CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2 SO4．证明固体M中不含CaCO3的方法
是取样，加入足量稀盐酸，无气泡冒出（写出实验的方法、现象）．
（2）反应②的化学方程式为（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，该反应能析出K2SO4晶体的原因是该温度下，K2SO4的溶解度小．
（3）假设上述流程中制得的碳化钙（化学式为CaCx）固体中只含杂质CaO，乙小组同学为测定CaCx中x的值进行如下实验．
【资料三】碳化钙在空气中灼烧生成氧化钙和二氧化碳气体．
步骤一：称取3.76g样品于图3所示石英管中（测定装置图如图3，夹持及加热装置省略），反应前缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的样品至反应完全后继续缓缓通入空气，测得丙溶液的质量比反应前增重了4.4g．（玻璃纤维可防止固体粉末进入导管）
步骤二：将石英管内剩余固体全部转移到水中，加入足量碳酸钠溶液，经搅拌、过滤、洗涤、干燥等操作得到碳酸钙固体6克．试回答下列问题：
①装置甲的作用是除去空气中的CO2气体．反应完全后继续缓缓通入空气的目的是使残留在装置内的CO2气体被丙装置充分吸收．
②根据步骤一、二计算该样品中钙、碳、氧的质量比为30：15：2，
计算确定CaCx的化学式（请写出计算过程）
③应用：丙同学经查阅资料知道实验室常用电石（主要成分为碳化钙）与水反应制取乙炔气体（发生装置如图4）．经实验发现，电石与水反应非常剧烈，为控制反应的速度以得到平稳的气流，下列改进方法可行的是ACD
A．改长颈漏斗为分液漏斗或注射器 B．将电石研成粉末
C．将锥形瓶置于冰水浴中 D．用饱和食盐水代替水（电石与氯化钠不反应）
分析 根据给出的转化关系对应的过程分析每个对应的问题，或者直接分析每个问题，从给出的信息中找对应的信息．
解答 解：
一、高纯CaO的制备
实验过程中发现：B中无水硫酸铜变蓝（说明生成了水）．根据信息提示“SO2能使品红溶液褪色“，而结论是证明有二氧化硫生成，所以对应的现象为C中的品红溶液褪色现象．装置D是吸收二氧化硫，而导致高锰酸钾褪色．E装置的作用是证明二氧化硫已经完全被吸收，后面若石灰水变浑浊，则是二氧化碳所致，而非二氧化硫．所以证明二氧化碳生成的现象是装置 E中无明显变化（无二氧化硫的干扰）和装置F中 澄清石灰水变浑浊现象（有二氧化碳）．碳粉在高温条件下生成氧化钙、水、二氧化碳和二氧化硫，对应的化学方程式为2CaSO4•2H2O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4H2O↑+2CaO+2SO2↑+CO2↑
二、硫酸钾和电石的制备
（1）反应①是碳酸铵和硫酸钙反应生成碳酸钙和硫酸铵，对应的化学方程式为 CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2 SO4．由于碳酸盐遇到盐酸会生成气体，所以要证明固体M中不含CaCO3的方法是取样，加入足量稀盐酸，无气泡冒出．
（2）反应②的化学方程式为（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，由于硫酸钾标注了沉淀符号，而已有的知识是硫酸钾可溶，说明在给定物质中溶解度相对最小，所以该反应能析出K2SO4晶体的原因是该温度下，K2SO4的溶解度小．
（3）实验设计是通过通入不含二氧化碳的空气（避免对后期生成的二氧化碳的质量的干扰），将碳化钙样品转化为氧化钙和二氧化碳，然后将生成的二氧化碳用丙装置完全吸收，也就是装置丙的质量增加就是生成的二氧化碳，为将二氧化碳完全吸收而避免残留于试管中，所以在反应完全后应该继续通入除去了二氧化碳的空气．右侧的碱石灰是避免右侧的空气进入装置内导致二氧化碳等被吸收，影响实验结果的准确性．
所以：
①装置甲的作用是 除去空气中的CO2气体．反应完全后继续缓缓通入空气的目的是 使残留在装置内的CO2气体被丙装置充分吸收．
②碳元素的质量为4.4g×$\frac{12}{12+16×2}$×100%=1.2g，钙元素的质量为6g×$\frac{40}{40+12+16×3}$×100%=2.4g，则氧元素的质量为3.76g-1.2g-2.4g=0.16g，该样品中钙、碳、氧的质量比为2.4g：1.2g：0.16g=30：15：2．
对应的氧化钙的质量为0.16g÷（$\frac{16}{40+16}$×100%）=0.56g，则氧化钙中的钙元素的质量为0.56g-0.16g=0.4g
对应的碳化钙中的钙元素的质量2.4g-0.4g=2g，则碳化钙中钙原子和碳原子的个数比为$\frac{2g}{40}$：$\frac{1.2g}{12}$=1：2
所以CaCx的化学式CaC2．
③为控制反应的速度以得到平稳的气流，从反应物的角度，碳化钙颗粒大一点反应会慢，水的含量低一些会慢，温度低一些会慢，水的滴加速度可控也会慢下来，所以给定的改进方法可行的是ACD．
故答案为：
一．高纯CaO的制备
品红溶液褪色； E；澄清石灰水变浑浊
2CaSO4•2H2O+C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+2SO2↑+CO2↑+4H2O
二．硫酸钾和电石的制备
（1）CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2 SO4；
取样，加入足量稀盐酸，无气泡冒出．
（2）该温度下，K2SO4的溶解度小．
（3）①除去空气中的CO2气体； 使残留在装置内的CO2气体被丙装置充分吸收．
②30：15：2；
计算过程
对应的氧化钙的质量为0.16g÷（$\frac{16}{40+16}$×100%）=0.56g，则氧化钙中的钙元素的质量为0.56g-0.16g=0.4g
对应的碳化钙中的钙元素的质量2.4g-0.4g=2g，则碳化钙中钙原子和碳原子的个数比为$\frac{2g}{40}$：$\frac{1.2g}{12}$=1：2
碳化钙的化学式为CaC2；
③ACD
点评 读图，从中获得解答题目所需的信息，所以在解答题目时先看解答的问题是什么，然后带着问题去读给出的图进而去寻找解答有用的信息，这样提高了信息扑捉的有效性．解答的问题实际上与复杂的转化图相比，其实很简单很基础，或者可以说转化图提供的是情境，考查基本知识．
| A． |  吸取液体药品 | B． |  加热液体药品 | C． |  氧气的验满 | D． |  熄灭酒精灯 |
| 温度/℃ | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
| 溶解度/g | NaCl | 35.7 | 35.8 | 36.0 | 36.3 | 36.6 | 37.0 | 37.3 |
| KNO3 | 13.3 | 20.9 | 31.6 | 45.8 | 63.9 | 85.5 | 110 | |
| A． | KNO3的溶解度比NaCl大 | |
| B． | 20℃时，将17gNaCl 或KNO3加入50g水中，充分溶解，均能得到饱和溶液 | |
| C． | 60℃时，饱和的KNO3溶液比饱和的NaCl溶液的溶质质量分数大 | |
| D． | 从氯化钠溶液中得到大量氯化钠晶体，可采取降低温度的方法 |
| A． |  加热液体 | B． |  氧气验满 | C． |  读取液体体积 | D． |  稀释浓硫酸 |
水是我们每天都需要的物质．