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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.

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