题目内容

20．CaS可用于制备发光漆、用作脱毛剂、杀虫剂、硫脲等，还用于医药工业、重金属处理及环保中．某化学探究小组在实验室中利用反应：CaSO4+C$\stackrel{高温}{→}$CaS+CaO+SO2↑+CO↑+CO2↑制备硫化钙并检验产物，可选用的装置如下．回答下列问题：

已知：①C及E～H中的试剂均为足量．
②酸性KMnO4溶液作氧化剂时，锰元素被还原成Mn2+
③CaS与H2O反应生成Ca（OH）2和H2S．
（1）实验1：若只检验生成物中是否含有CO，可采用的装置组合为AFECG（AFGECG或AFEC或AC）（按气流方向，填字母组合），生成物中存在CO的现象是装置C中黑色固体变为红色，装置G中澄清石灰水变浑浊．
（2）实验2：若只检验生成物中是否含有CO2，可釆用的最简单的装置组合为AHG（按气流方向，填字母组合），除去SO2的离子方程式为5SO2+2MnO4-+2H2O═2Mn2++5SO42-+4H+．
（3）实验3：若同时检验CO2和SO2，采用的装置组合为ADHG或AHG（按气流方向，填字母组合）．
（4）若制备反应的条件完全相同，将产生的气体全部通入上述实验装置中，得到的有关数据如表：
实验前实验后
实验1装置C硬质玻璃管连同CuO质量为26.80g装置C硬质玻璃管连同反应后固体质量为26.64g
实验2装置G连同溶液质量为187.50g装置G连同反应后溶液及沉淀的质量为188.38g
实验3装置D、H连同溶液质量和为373.60g装置D、H连同溶液质量和为374.24g
写出CaSO4和焦炭在高温条件下反应生成CaS的化学方程式：2CaSO4+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+CaO+SO2↑+2CO2↑+CO↑．
（5）为了证明硫化钙的化学式设计如下实验：将一定质量（m1）的样品溶于足量的饱和Na2CO3溶液中，通过过滤、洗涤、干燥操作，称得固体质量为m2，则表示硫化钙组成的计算式为n（Ca）：n（S）=$\frac{{m}_{2}}{100}：\frac{5{m}_{1}-2{m}_{2}}{160}$（用含m1、m2的代数式表示）．

分析 （1）根据CO能还原金属氧化物自身生成二氧化碳检验，检验之前应先将其他气体排除；
（2）检验二氧化碳用澄清石灰水，二氧化硫也能与澄清石灰水反应产生相同现象，故应利用二氧化硫的还原性将二氧化硫排除；
（3）同时检验CO2和SO2，先利用二氧化硫的漂白性用品红检验，再用酸性高锰酸钾除去二氧化硫，用澄清石灰水检验二氧化碳；
（4）CaSO4和焦炭在高温条件下反应生成CaS、CaO、CO、SO2、CO2；
（5）分离沉淀扥操作为过滤、洗涤、干燥；硫化钙样品溶于足量的饱和Na2CO3溶液中，得到碳酸钙沉淀，n（Ca）=n（碳酸钙），m（S）=m1-m（Ca），据此计算．

解答 解（1）硫酸钙高温分解，选择A装置分解，将生成的气体通入F装置中的氢氧化钠溶液除去酸性气体，再经过E装置浓硫酸干燥后通入C装置与氧化铜反应，最后再通入G装置中的澄清石灰水，若装置C中黑色固体变为红色，装置G中澄清石灰水变浑浊，说明生成物中有CO；
故答案为：AFECG（AFGECG或AFEC或AC）；装置C中黑色固体变为红色，装置G中澄清石灰水变浑浊；
（2）硫酸钙高温分解，选择A装置分解，将生成的气体通入H装置中的酸性高锰酸钾除去二氧化硫气体，再通入澄清石灰水装置G中，石灰水变浑浊说明有二氧化碳生成，二氧化硫与高锰酸钾的离子方程式为：5SO2+2MnO4-+2H2O═2Mn2++5SO42-+4H+；
故答案为：AHG；5SO2+2MnO4-+2H2O═2Mn2++5SO42-+4H+；
（3）同时检验CO2和SO2，先利用二氧化硫的漂白性用品红检验，再用酸性高锰酸钾除去二氧化硫，用澄清石灰水检验二氧化碳，连接顺序为ADHG或AHG；
故答案为：ADHG或AHG；
（4）由题可知CaSO4和焦炭在高温条件下反应生成CaS、CaO、CO、SO2、CO2，化学方程式为：2CaSO4+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+CaO+SO2↑+2CO2↑+CO↑；
故答案为：2CaSO4+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+CaO+SO2↑+2CO2↑+CO↑；
（5）硫化钙样品溶于足量的饱和Na2CO3溶液中，得到碳酸钙沉淀，分离沉淀扥操作为过滤、洗涤、干燥；碳酸钙沉淀为m2，n（Ca）=n（碳酸钙）=$\frac{{m}_{2}}{100}$mol，则n（S）=$\frac{m（S）}{32g/mol}$=$\frac{{m}_{1}-m（Ca）}{32}$=$\frac{{m}_{1}-\frac{{m}_{2}}{100}×40}{32}$=$\frac{5{m}_{1}-2{m}_{2}}{160}$mol，故n（Ca）：n（S）=$\frac{{m}_{2}}{100}：\frac{5{m}_{1}-2{m}_{2}}{160}$；
故答案为：过滤、洗涤、干燥；$\frac{{m}_{2}}{100}：\frac{5{m}_{1}-2{m}_{2}}{160}$．

点评 本题考查性质实验方案设计，侧重考查学生知识综合应用、根据实验目的及物质的性质进行排列顺、实验基本操作能力及实验方案设计能力、数据处理能力，综合性较强，注意把握物质性质以及对题目信息的获取于使用，难度中等．

练习册系列答案
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