Question

【题目】工业废料石膏（CaSO42H2O）可以“变废为宝”，用于生产氧化钙、硫酸钾、电石（化学名称为碳化钙）等。某研究性学习小组展开了如下系列研究。

一、高纯CaO的制备

【资料一】

Ⅰ．石膏（CaSO42H2O）与碳粉高温煅烧生成氧化钙和几种气态非金属氧化物。

Ⅱ．SO2能使品红溶液褪色，也能使澄清石灰水变浑浊。

甲同学用如图1装置制备CaO并验证石膏与焦炭高温反应的其他产物。

实验过程中发现：B中无水硫酸铜变蓝；C中产生__现象证明有SO2生成；装置__中无明显变化和装置F中__现象证明有CO2生成。写出石膏与碳粉在高温条件下反应的化学方程式：____。

二、硫酸钾和电石的制备

乙同学模拟生产化肥硫酸钾和电石的流程如图2：

【资料二】CaO与C在高温下反应生成碳化钙（化学式为CaCx）和CO。

（1）反应①的化学方程式为___。证明固体M中不含CaCO3的方法是____（写出实验的方法、现象）。

（2）反应②的化学方程式为（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，该反应能析出K2SO4晶体的原因是__。

三、假设上述流程中制得的碳化钙（化学式为CaCx）固体中只含杂质CaO，乙小组同学为测定CaCx中x的值进行如下实验。

【资料三】CaCx在空气中灼烧生成CaO和CO2。

步骤一：称取3.76g样品于图3所示石英管中（测定装置图如图3，夹持及加热装置省略），反应前缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的样品至反应完全后继续缓缓通入空气，测得丙溶液的质量比反应前增重了4.4g。（玻璃纤维可防止固体粉末进入导管）

步骤二：将石英管内剩余固体全部转移到水中，加入足量碳酸钠溶液，经搅拌、过滤、洗涤、干燥等操作得到碳酸钙固体6克。试回答下列问题：

（1）装置甲的作用是__。反应完全后继续缓缓通入空气的目的是__。

（2）根据步骤一、二计算该样品中钙、碳、氧的质量比为___，

计算确定CaCx的化学式（请写出计算过程）______________。

（3）若碳酸钙未能完全干燥，则会导致CaCX中的x的值____（填“偏大”、“偏小”、“无影响”）。

Answer 1

【答案】 品红溶液褪色 E 出现浑浊 2CaSO4·2H2O + C 2CaO + CO2↑+ 2SO2↑+ 4H2O↑ CaSO4 + (NH4)2CO3 ===CaCO3↓+ (NH4)2SO4 取少量固体，加入稀盐酸，无气泡生成，则无碳酸钙 相同温度下，K2SO4的溶解度小 除去通入空气中的CO2气体 将生成的CO2完全排入丙装置中吸收 【答题空10】30:15:2 CaC2 偏小

【解析】一、高纯CaO的制备

实验过程中发现：B中无水硫酸铜变蓝（说明生成了水）。根据信息提示“SO2能使品红溶液褪色”，而结论是证明有二氧化硫生成，所以对应的现象为C中的品红溶液褪色现象，装置D是吸收二氧化硫，而导致高锰酸钾褪色．E装置的作用是证明二氧化硫已经完全被吸收，后面若石灰水变浑浊，则是二氧化碳所致，而非二氧化硫，所以证明二氧化碳生成的现象是装置 E中无明显变化（无二氧化硫的干扰）和装置F中 澄清石灰水变浑浊现象（有二氧化碳），碳粉在高温条件下生成氧化钙、水、二氧化碳和二氧化硫，对应的化学方程式为2CaSO42H2O+C 2CaO + CO2↑+2SO2↑+ 4H2O↑；

二、硫酸钾和电石的制备

（1）反应①是碳酸铵和硫酸钙反应生成碳酸钙和硫酸铵，对应的化学方程式为 CaSO4+（NH4）2CO3═CaCO3↓+（NH4）2 SO4．由于碳酸盐遇到盐酸会生成气体，所以要证明固体M中不含CaCO3的方法是取样，加入足量稀盐酸，无气泡冒出；

（2）反应②的化学方程式为（NH4）2SO4+2KCl═K2SO4↓+2NH4Cl，由于硫酸钾标注了沉淀符号，而已有的知识是硫酸钾可溶，说明在给定物质中溶解度相对最小，所以该反应能析出K2SO4晶体的原因是该温度下，K2SO4的溶解度小；

三、实验设计是通过通入不含二氧化碳的空气（避免对后期生成的二氧化碳的质量的干扰），将碳化钙样品转化为氧化钙和二氧化碳，然后将生成的二氧化碳用丙装置完全吸收，也就是装置丙的质量增加就是生成的二氧化碳，为将二氧化碳完全吸收而避免残留于试管中，所以在反应完全后应该继续通入除去了二氧化碳的空气。右侧的碱石灰是避免右侧的空气进入装置内导致二氧化碳等被吸收，影响实验结果的准确性；

所以：

①装置甲的作用是 除去空气中的CO2气体。反应完全后继续缓缓通入空气的目的是 使残留在装置内的CO2气体被丙装置充分吸收；

②碳元素的质量为4.4g××100%=1.2g，钙元素的质量为6g××100%=2.4g，则氧元素的质量为3.76g-1.2g-2.4g=0.16g，该样品中钙、碳、氧的质量比为2.4g：1.2g：0.16g=30：15：2；

对应的氧化钙的质量为0.16g÷（ ×100%）=0.56g，则氧化钙中的钙元素的质量为0.56g-0.16g=0.4g；

对应的碳化钙中的钙元素的质量2.4g-0.4g=2g，则碳化钙中钙原子和碳原子的个数比为 =1：2；

所以CaCx的化学式CaC2；

（3）若碳酸钙未能完全干燥，则钙元素的质量会偏高，会导致CaCX中的x的值偏小。