Question

15．将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO₄•2H₂O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义．以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图．

（1）本工艺中所用的原料除CaSO₄•2H₂O、CaCO₃、H₂O外，还需要KCl、NH₃等原料．
（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-
（3）过滤Ⅰ操作所得滤液是（NH₄）₂SO₄溶液．检验滤液中含有CO₃^2-的操作方法是：用滴管取少量滤液于试管中，滴加盐酸，若产生气泡，证明滤液中含有CO₃^2-．
（4）若过滤I的滤液中的Ca²⁺浓度低于1.0×10^-5 mol•L^-1时可认为被沉淀完全．若要使Ca²⁺沉淀完全，则滤液中CO₃^2-离子的物质的量浓度不得低于5.0×^-4mol/L．
（已知：K_{sp（CaCO3）}=5.0×10^-9）
（5）转化Ⅱ之所以能够实现的原因是硫酸钾的溶解度小于硫酸铵．
（6）写出蒸氨过程中的化学方程式CaO+2NH₄Cl+5H₂O=CaCl₂•6H₂O+2NH₃↑．
（7）氯化钙结晶水合物（CaCl₂•6H₂O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是ad
a．熔点较低（29℃熔化）    b．能导电     c．能制冷     d．无毒．

Answer 1

分析 由制备流程可知，吸收环节中发生2NH₃、CO₂、H₂O反应生成碳酸铵；转化Ⅰ环节中发生碳酸铵和石膏悬浊液反应生成CaCO₃、（NH₄）₂SO₄，经过滤后分离；转化Ⅱ中（NH₄）₂SO₄和KCl的饱和溶液反应得到NH₄Cl和K₂SO₄，经过滤Ⅱ分离出K₂SO₄；蒸氨环节中为CaO、H₂O、NH₄Cl生成为CaCl₂．6H₂O和NH₃．氨气在流程中可循环使用，然后结合物质的性质及混合物分离提纯来解答．

解答 解：由制备流程可知，吸收环节中发生2NH₃、CO₂、H₂O反应生成碳酸铵；转化Ⅰ环节中发生碳酸铵和石膏悬浊液反应生成CaCO₃、（NH₄）₂SO₄，经过滤后分离；转化Ⅱ中（NH₄）₂SO₄和KCl的饱和溶液反应得到NH₄Cl和K₂SO₄，经过滤Ⅱ分离出K₂SO₄；蒸氨环节中为CaO、H₂O、NH₄Cl生成为CaCl₂．6H₂O和NH₃．
（1）由流程涉及的物质可知，本工艺中所用的原料除CaSO₄•2H₂O、CaCO₃、H₂O外，还需要KCl、NH₃，故答案为：KCl、NH₃；
（2）石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式为CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-，故答案为：CaSO₄+CO₃^2-=CaCO₃+SO₄^2-；
（3）碳酸根离子与酸反应能生成二氧化碳，则可以用稀盐酸来验证碳酸根离子，方法为用滴管取少量滤液于试管中，滴加盐酸，若产生气泡，证明滤液中含有CO₃^2-，
故答案为：用滴管取少量滤液于试管中，滴加盐酸，若产生气泡，证明滤液中含有CO₃^2-；
（4）K_{sp（CaCO3）}=5.0×10^-9，要使Ca²⁺沉淀完全，则滤液中CO₃^2-离子的物质的量浓度不得低于$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{1.0×1{0}^{-5}}$=5.0×^-4mol/L，故答案为：5.0×^-4mol/L；
（5）转化Ⅱ之所以能够实现的原因是硫酸钾的溶解度小于硫酸铵，故答案为：硫酸钾的溶解度小于硫酸铵；
（6）由流程图转化可知，原料为CaO、H₂O、NH₄Cl产物为CaCl₂．6H₂O和NH₃，反应为CaO+2NH₄Cl+5H₂O=CaCl₂•6H₂O+2NH₃↑，故答案为：CaO+2NH₄Cl+5H₂O=CaCl₂•6H₂O+2NH₃↑；
（7）氯化钙结晶水合物（CaCl₂•6H₂O）是目前常用的无机储热材料，是因为氯化钙结晶水合物熔点低易熔化，且无毒，与易溶于水，与导电、制冷无关，
故答案为：ad．

点评 本题考查物质的制备及混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握制备流程中的反应及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析、推断及实验能力的综合考查，注意反应原理的分析及应用，题目难度中等．