Question

19．硫酸的工业制备是一个重要的化工生产过程，但同时在生产过程中会产生大量SO₂等污染物．以硫酸工业的尾气、氨水、石灰石、焦炭及氯化钾为原料可以合成有重要用途的硫化钙、硫酸钾、氯化铵、亚硫酸铵等物质．合成路线如下：

完成下列填空：
（1）某电厂每月用煤300t（煤中含硫的质量分数为2.5%），若燃烧时煤中的硫全部转化为二氧化硫，现用反应Ⅰ的原理将尾气中的SO₂转化为石膏，且反应过程中96%的硫转化为石膏，则可生产石膏38.7 t．
（2）操作a中，必须的操作步骤有蒸发、冷却结晶、过滤等；
（3）反应Ⅲ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：4；
（4）写出反应Ⅳ的方程式CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；操作b所得滤液中阳离子的检验方法是取溶液少许加入NaOH并加热，生成有刺激性气味的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
（5）反应Ⅴ在25℃，40%乙二醇溶液中进行，该复分解反应能顺利进行的原因是由于K₂SO₄在乙二醇溶液中的溶解度小，能够形成晶体而析出，因此符合复分解反应发生的条件；
（6）该生产过程中可以循环使用的物质是CaCO₃，CO₂．

Answer 1

分析 由流程可知，I中发生2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂，反应Ⅳ为NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反应生成碳酸钙和硫酸铵，发生NH₄HCO₃+NH₃+CaSO₄=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，可知CaCO₃、CO₂可循环使用，反应Ⅴ为硫酸铵溶液中加入氯化钾生成硫酸钾晶体，所以操作b为过滤，滤液中含有的阳离子为铵根离子，Ⅱ中发生SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，Ⅲ中发生CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，
（1）煤300t（煤中含硫的质量分数为2.5%）中含有硫元素的质量为7.5t，根据硫元素守恒有关系式根据关系式S～SO₂～CaSO₄•2H₂O，可计算出生产石膏的质量；
（2）操作a是从亚硫酸铵溶液中获得亚硫酸铵晶体，亚硫酸铵晶体受热易分解，据此分析；
（3）反应Ⅲ化学方程式为：CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，氧化剂为CaSO₄，还原剂为C；
（4）反应Ⅳ为NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反应生成碳酸钙和硫酸铵，操作b所得滤液中阳离子为铵根离子，用碱和石蕊试纸检验铵根离子；
（5）硫酸钾在不同溶剂中溶解度的不同，以此分析达到析出晶体的目的；
（6）根据上面的分析可知，循环使用的物质．

解答 解：由流程可知，I中发生2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂，反应Ⅳ为NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反应生成碳酸钙和硫酸铵，发生NH₄HCO₃+NH₃+CaSO₄=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，可知CaCO₃、CO₂可循环使用，反应Ⅴ为硫酸铵溶液中加入氯化钾生成硫酸钾晶体，所以操作b为过滤，滤液中含有的阳离子为铵根离子，Ⅱ中发生SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，Ⅲ中发生CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，
（1）二氧化硫与碳酸钙反应生成亚硫酸钙与二氧化碳，反应方程式为：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，亚硫酸钙在水存在的条件下被氧气氧化生成CaSO₄•2H₂O，反应方程式为：2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O），总反应为：2CaCO₃+2SO₂+O₂+4H₂O═2（CaSO₄•2H₂O）+2CO₂；
          S～SO₂ ～CaSO₄•2H₂O
         32                172
300t×2.5%×96%      m
$\frac{32}{300t×2.5%×96%}=\frac{172}{m}$，解得m=38.7t，
故答案为：38.7．
（2）操作a是从亚硫酸铵溶液中获得亚硫酸铵晶体，亚硫酸铵晶体受热易分解，所以操作a为冷却结晶、过滤，
故答案为：冷却结晶、过滤；
（3）反应Ⅲ化学方程式为：CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，氧化剂为CaSO₄，还原剂为C，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：4，
故答案为：1：4；
（4）反应Ⅳ为NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反应生成碳酸钙和硫酸铵，反应方程式为CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓，操作b所得滤液中阳离子为铵根离子，其操作为取溶液少许加入NaOH并加热，生成有刺激性气味的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，
故答案为：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；取溶液少许加入NaOH并加热，生成有刺激性气味的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；
（5）反应V中选用了40%的乙二醇溶液，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率超过90%，选用40%的乙二醇溶液原因是利用乙二醇降低硫酸钾溶解度，有利于析出，
故答案为：由于K₂SO₄在乙二醇溶液中的溶解度小，能够形成晶体而析出，因此符合复分解反应发生的条件；
（6）根据上面的分析可知，循环使用的物质为CaCO₃，CO₂，
故答案为：CaCO₃，CO₂．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握发生的反应、物质的性质、离子检验及原电池、氧化还原反应等为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度中等