Question

3．电石（主要成分是CaC₂）是重要的基本化工原料，可用白云石（主要成分是CaCO₃和MgCO₃）和废Al片制七铝十二钙（12CaO•7Al₂O₃），经过一系列反应后可制得电石，其工艺流程如下：

（1）煅粉主要含MgO和CaO，煅粉用适量NH₄NO₃溶液浸取后，MgO几乎不溶，该工艺中不能用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃的原因是CaSO₄微溶于水，用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，会生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的损失．
（2）若滤液I中仅通入CO₂，会生成Ca（HCO₃）₂，从而导致CaCO₃产率降低．
（3）用电石制乙炔的杂质气体之一是PH₃，经分离后与甲醛、盐酸在70°C、催化剂的条件下，可合成一种阻燃剂[P（CH₂OH）₄]Cl，该反应的化学反应方程式是PH₃+4HCHO+HCl$\frac{\underline{\;氢氧化铝\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl．
（4）电解制备Al（OH）₃时，电极分别是Al片和石墨，则电解池的阳极电极反应式是Al-3e-+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（5）工业上合成电石还可以采用氧热法．
已知：CaO（s）+3C（s）═CaC₂（s）+CO（g）△H=+a KJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-b KJ/mol
若不考虑热量与物料损失，最终炉中出来的气体只有CO，则为了维持热平衡，每生产64Kg CaC₂，则投料的量：n（CaO）+n（C）═$\frac{1000（2a+4b）}{b}$ mol．

Answer 1

分析 白云石煅烧发生反应：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，在锻粉中加入适量的NH₄NO₃溶液后，镁化合物几乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解显酸性，与CaO反应生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故过滤后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，将CO₂和NH₃通入滤液I中后发生反应：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，据此分析滤液中的阴离子；若滤液Ⅰ中仅通入CO₂，会造成CO₂过量，废铝片加入氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液，用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，电解制备Al（OH）₃时，电极分别为Al片和石墨，在碳酸钠溶液中搅拌电解，得到氢氧化铝，过滤加热灼烧得到氧化铝，碳酸钙和氧化铝共混加热1500°C得到七铝十二钙，据此分析产物，
（1）锻粉是由白云石高温煅烧而来；用适量NH₄NO₃溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，即得Mg（OH）₂的饱和溶液，根据Mg（OH）₂的Ksp来计算；CaSO₄微溶于水；
（2）在锻粉中加入适量的NH₄NO₃溶液后，镁化合物几乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解显酸性，与CaO反应生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故过滤后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，将CO₂和NH₃通入滤液I中后发生反应：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，据此分析滤液中的阴离子；若滤液Ⅰ中仅通入CO₂，会造成CO₂过量，据此分析产物；
（3）制乙炔的杂质气体之一PH₃，经分离后与甲醛及盐酸在70℃、Al（OH）₃催化的条件下，可合成THPC阻燃剂{[P（CH₂OH）₄]Cl }，该反应的化学方程式为PH₃+4 HCHO+HCl $\frac{\underline{\;氢氧化铝\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl；
（4）电解制备Al（OH）₃时，电极分别是Al片和石墨，阳极是铝失电子在氨水中生成氢氧化铝沉淀；
（5）若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO．则为了维持热平衡，所以每生产1molCaC₂，则投料的量为：1molCaO、而投入碳的量为：3mol+$\frac{a}{\frac{b}{2}}$=7.2mol．

解答 解：（1）锻粉是由白云石高温煅烧而来，在煅烧白云石时，发生反应：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，MgCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgO+CO₂↑，故所得锻粉主要含MgO和CaO，CaSO₄微溶于水，如果用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，会生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的损失，
故答案为：CaO；CaSO₄微溶于水，用（NH₄）₂SO₄代替NH₄NO₃，会生成CaSO₄沉淀引起Ca²⁺的损失；
（2）在锻粉中加入适量的NH₄NO₃溶液后，镁化合物几乎不溶，由于NH₄NO₃溶液水解显酸性，与CaO反应生成Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，故过滤后溶液中含Ca（NO₃）₂和NH₃•H₂O，将CO₂和NH₃通入滤液I中后发生反应：Ca（NO₃）₂+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄NO₃，故滤液中的阴离子主要为NO₃^-，还含有OH^-；若滤液Ⅰ中仅通入CO₂，会造成CO₂过量，则会生成Ca（HCO₃）₂，从而导致CaCO₃产率降低，
故答案为：Ca（HCO₃）₂；
（3）制乙炔的杂质气体之一PH₃，经分离后与甲醛及盐酸在70℃、Al（OH）₃催化的条件下，可合成THPC阻燃剂{[P（CH₂OH）₄]Cl }，该反应的化学方程式为PH₃+4 HCHO+HCl $\frac{\underline{\;氢氧化铝\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl，
故答案为：PH₃+4 HCHO+HCl $\frac{\underline{\;氢氧化铝\;}}{70℃}$[P（CH₂OH）₄]Cl；
（4）电解制备Al（OH）₃时，电极分别是Al片和石墨，铝做阳极，铝是失电子在氨水中生成氢氧化铝沉淀，则电解池的阳极电极反应式是：Al-3e-+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al-3e-+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（5）CaO（s）+3C（s）═CaC₂（s）+CO（g）△H=+a KJ/mol
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-b KJ/mol
若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO．则为了维持热平衡，每生产64Kg CaC₂，物质的量=$\frac{64000g}{64g/mol}$=1000mol，所以每生产1000molCaC₂，则投料的量为：1000molCaO、而投入碳的量为：（3mol+$\frac{a}{\frac{b}{2}}$mol）×1000，则为了维持热平衡，每生产64Kg CaC₂，物质的量=$\frac{64000g}{64g/mol}$=1000mol，则投料的量：n（CaO）+n（C）═1000mol+（3mol+$\frac{a}{\frac{b}{2}}$mol）×1000=$\frac{1000（2a+4b）}{b}$mol，
故答案为；$\frac{1000（2a+4b）}{b}$．

点评 本题是一道非常典型的工艺流程图题，综合性较强，综合了元素化合物、电解池和原电池的知识考查，题目难度中等．