Question

4．某化學小組在實驗中利用CaSO₄、NH₃、CO₂制備（NH₄）₂SO₄，其工藝流程如．

回答下列問題：
（1）實驗室進行操作I用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，操作Ⅱ一系列操作包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾．
（2）寫出由CaSO₄、NH₃、CO₂制備（NH₄）₂SO₄的化學方程式：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．
（3）X物質為NH₃（填化學式，下同），Y物質為CO₂．
（4）要測定所制得的硫酸銨純度，取10.0g樣品，完全溶于水，向溶液中滴加過量的氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥后稱量固體的質量為16.3l g．為避免引起誤差，檢驗氯化鋇溶液是否過量的操作為靜置后向上層清液再滴加氯化鋇溶液，若沒有沉淀生成，說明氯化鋇溶液過量，反之，氯化鋇溶液不足，所制得硫酸銨的純度為92.4%．
（5）圖1裝置能用于實驗室制氨氣的是乙丙丁（填序號）．
選擇氨氣的制取裝置后，再用裝置圖2收集干燥的氨氣，并制取硫酸銨溶液，連接的順序（用接口序號字母表示）是：a接d，e接g，f接c，b接h．

上述裝置中CCl₄的作用是防倒吸．

Answer 1

分析 在實驗中利用CaSO₄、NH₃、CO₂制備（NH₄）₂SO₄，由于堿性條件下有利于二氧化碳的吸收，將二氧化碳轉化為碳酸根離子，進而得到CaCO₃沉淀，故CaSO₄溶液先通入足量的氨氣，使溶液成堿性，再通適量的二氧化碳，經過過濾分離得到CaCO₃與濾液，再煅燒CaCO₃生成生石灰與二氧化碳，濾液中含有硫酸銨，經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸銨晶體．
（1）操作I是過濾，操作Ⅱ從溶液中獲得晶體；
（2）CaSO₄、NH₃、CO₂反應生成CaCO₃、（NH₄）₂SO₄；
（3）由上述分析，可知X為氨氣、Y為二氧化碳；
（4）反應得到16.3l g固體為BaSO₄，根據硫酸根守恒計算n[（NH₄）₂SO₄]，再根據m=nM計算m[、（NH₄）₂SO₄]，進而計算所制得硫酸銨的純度；
向溶液中滴加過量的氯化鋇溶液，目的是使硫酸根離子完全沉淀，靜置后向上層清液再滴加氯化鋇溶液，根據是否有沉淀生成，可以檢驗氯化鋇是否已過量；
（5）甲中直接加熱NH₄Cl生成 NH₃和HCl，在試管口附近又生成了NH₄Cl；乙中加熱濃氨水促進NH₃的揮發(fā)，可制取NH₃；丙中加熱氫氧化鈣和氯化銨固體，發(fā)生復分解反應生成NH₃；丁中濃氨水滴加到NaOH固體中，可揮發(fā)出NH₃；
因為收集干燥的NH₃，用堿石灰干燥NH₃，用向下排空氣法收集NH₃，通入稀硫酸，制取硫酸銨，后面連接h，進行尾氣處理；把NH₃直接通入稀硫酸中會發(fā)生倒吸，而NH₃難溶于CCl₄，所以CCl₄的作用是防倒吸．

解答 解：在實驗中利用CaSO₄、NH₃、CO₂制備（NH₄）₂SO₄，由于堿性條件下有利于二氧化碳的吸收，將二氧化碳轉化為碳酸根離子，進而得到CaCO₃沉淀，故CaSO₄溶液先通入足量的氨氣，使溶液成堿性，再通適量的二氧化碳，經過過濾分離得到CaCO₃與濾液，再煅燒CaCO₃生成生石灰與二氧化碳，濾液中含有硫酸銨，經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸銨晶體．
（1）操作I是過濾，用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，操作Ⅱ從溶液中獲得硫酸銨晶體，硫酸銨的溶解度隨溫度的降低而減小，所以蒸發(fā)濃縮后進行冷卻結晶，
故答案為：漏斗、玻璃棒；冷卻結晶；
（2）CaSO₄、NH₃、CO₂反應生成CaCO₃、（NH₄）₂SO₄，反應方程式為：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，
故答案為：CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
（3）由上述分析，可知X為氨氣、Y為二氧化碳，故答案為：NH₃；CO₂；
（4）向溶液中滴加過量的氯化鋇溶液，目的是使硫酸根離子完全沉淀，靜置后向上層清液再滴加氯化鋇溶液，若沒有沉淀生成，說明氯化鋇溶液過量，反之，氯化鋇溶液不足，
反應得到16.3l g固體為BaSO₄，根據硫酸根守恒：n[（NH₄）₂SO₄]=n（BaSO₄）=$\frac{16.31g}{233g/mol}$=0.07mol，則m（（NH_4^）2SO₄）=0.07mol×132g/mol=9.24g，硫酸銨的純度=$\frac{9.24g}{10.0g}$×100%=92.4%；
故答案為：靜置后向上層清液再滴加氯化鋇溶液，若沒有沉淀生成，說明氯化鋇溶液過量，反之，氯化鋇溶液不足；92.4%；
（5）甲．直接加熱NH₄Cl生成 NH₃和HCl，在試管口附近NH₃和HCl反應又生成了NH₄Cl，所以不能用來制取NH₃，故甲錯誤；
乙．氨水中存在平衡關系：NH₃+H₂O═NH₃•H₂O═NH₄⁺+OH^-，加熱濃氨水，氨氣溶解度降低，從溶液中逸出，平衡向逆反應方向移動，可制取NH₃，故乙正確；
丙．加熱氫氧化鈣和氯化銨固體，發(fā)生復分解反應生成NH₃，可用于制取NH₃，故丙正確；
�。瓹aO與H₂O反應生成Ca（OH）₂，放出大量熱，促進NH₃•H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出，又由于Ca（OH）₂是強堿，也促進NH₃•H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出，能用于制取NH₃，故丁正確；
因為要收集干燥的NH₃，用堿石灰干燥NH₃，所以a后接d、e，用向下排空氣法收集NH₃，后面連接g、f，通入稀硫酸，制取硫酸銨，后面連接c、b，最后連接h，進行尾氣處理；
把NH₃直接通入稀硫酸中會發(fā)生倒吸，而NH₃難溶于CCl₄，所以CCl₄的作用是防倒吸，
故答案為：乙丙��；d、e、g、f、c、b、h；防倒吸．

點評 本題考查化學工藝流程、實驗方案設計、物質分離提純、化學計算、氨氣制備等，是對基礎知識的綜合運用，較好的考查學生分析解決問題的能力，難度中等．