Question

20．最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷灰石制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功．具体生产流程如图1：
回答下列问题：

（1）实验室中进行操作a所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒，在实验室中操作b的名称是蒸发浓缩、冷却结晶．
（2）装置a中生成两种酸式盐，它们的化学式分别是（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄．
（3）固体A为生石膏（CaSO₄•2H₂O）和不含结晶水且高温时也不分解的杂质．生石膏在120℃时失水生成熟石膏（2CaSO₄•H₂O），熟石膏在200℃时失水生成硫酸钙．为测定固体A中生石膏的含量，某科研小组进行了如下实验：称取固体A 180g置于坩埚中加热，加热过程中固体质量随温度变化记录如图2：
①实验中每次对固体称量时须在冷却后进行．为保证实验结果的精确性，固体冷却时必须防止对失水后的晶体进行冷却时必须防止吸水，否则会导致结果有误差
②将加热到1400℃时生成的气体通入品红溶液中，品红褪色．写出1400℃时的化学反应方程式：2CaSO₄$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+O₂↑．
③固体A中生石膏的质量百分含量=95.6%．
（4）科学家研究出如图3所示装置，用电化学原理生产硫酸的新工艺，其阳极的电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）操作a是把固体与液体分开，应为过滤；过滤需要烧杯、漏斗、玻璃棒、铁架台（含铁圈）、滤纸等；操作b是由溶液中析出晶体，应萃取蒸发浓缩、冷却结晶等操作．磷酸受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶；
（2）装置a中磷酸与氨气发生反应，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）①对失水后的晶体进行冷却时必须防止吸水
②200℃加热反应完全失去结晶水得到硫酸钙，1400℃加热硫酸钙，得到能使品红溶液褪色的气体为二氧化硫，S元素化合价降低，则有氧气生成，硫酸钙分解生成氧化钙、二氧化硫与氧气；
③200℃加热反应完全失去结晶水得到硫酸钙，固体减轻质量为180g-144g=36g，为结晶水总质量，由CaSO₄•2H₂O$\frac{\underline{\;200℃\;}}{\;}$CaSO₄+2H₂O计算CaSO₄•2H₂O的质量，进而计算其含量；
（4）阳极发生氧化反应，由电解池示意图可知，二氧化硫在阳极失去电子，氧化得到硫酸．

解答 解：（1）分离固体和液体的方法是过滤；过滤需要盛放药品的烧杯、过滤的漏斗、引流作用的玻璃棒、固定漏斗的铁架台（含铁圈）、滤纸等，此操作需要玻璃仪器：烧杯、漏斗、玻璃棒；
从溶液中析出晶体的方法是：将溶液蒸发浓缩、冷却结晶可得相应晶体，
故答案为：烧杯、漏斗、玻璃棒；蒸发浓缩、冷却结晶；
（2）装置a中磷酸与氨气发生反应，磷酸是三元酸，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄三种盐，其中（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄两种酸式盐，
故答案为：（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）①对失水后的晶体进行冷却时必须防止吸水，否则会导致结果有误差，
故答案为：对失水后的晶体进行冷却时必须防止吸水，否则会导致结果有误差；
②200℃加热反应完全失去结晶水得到硫酸钙，1400℃加热硫酸钙，得到能使品红溶液褪色的气体为二氧化硫，S元素化合价降低，则有氧气生成，硫酸钙分解生成氧化钙、二氧化硫与氧气，反应方程式为：2CaSO₄$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+O₂↑，
故答案为：2CaSO₄$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+O₂↑；
③200℃加热反应完全失去结晶水得到硫酸钙，固体减轻质量总为180g-144g=36g，为结晶水总质量，
设固体A中含有生石膏的质量为m，则：
CaSO₄•2H₂O$\frac{\underline{\;200℃\;}}{\;}$CaSO₄+2H₂O
172                   36
m                    36g
所以m=$\frac{36g×172}{36}$=172g
所以固体A中生石膏的质量分数=$\frac{172g}{180g}$×100%=95.6%，
故答案为：95.6%；
（4）阳极发生氧化反应，由电解池示意图可知，二氧化硫在阳极失去电子，氧化得到硫酸，阳极电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题比较综合，涉及化学工业流程、化学计算、电解原理应用等，掌握物质的分离方法以及常用实验仪器的用途，侧重考查学生分析和解决问题的能力，难度中等．