Question

20．最近，我國利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷灰石制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的技術(shù)研究獲得成功．具體生產(chǎn)流程如圖1：
回答下列問題：

（1）實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作a所需的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒，在實(shí)驗(yàn)室中操作b的名稱是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．
（2）裝置a中生成兩種酸式鹽，它們的化學(xué)式分別是（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄．
（3）固體A為生石膏（CaSO₄•2H₂O）和不含結(jié)晶水且高溫時(shí)也不分解的雜質(zhì)．生石膏在120℃時(shí)失水生成熟石膏（2CaSO₄•H₂O），熟石膏在200℃時(shí)失水生成硫酸鈣．為測定固體A中生石膏的含量，某科研小組進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：稱取固體A 180g置于坩堝中加熱，加熱過程中固體質(zhì)量隨溫度變化記錄如圖2：
①實(shí)驗(yàn)中每次對(duì)固體稱量時(shí)須在冷卻后進(jìn)行．為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性，固體冷卻時(shí)必須防止對(duì)失水后的晶體進(jìn)行冷卻時(shí)必須防止吸水，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有誤差
②將加熱到1400℃時(shí)生成的氣體通入品紅溶液中，品紅褪色．寫出1400℃時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式：2CaSO₄$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+O₂↑．
③固體A中生石膏的質(zhì)量百分含量=95.6%．
（4）科學(xué)家研究出如圖3所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸的新工藝，其陽極的電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）操作a是把固體與液體分開，應(yīng)為過濾；過濾需要燒杯、漏斗、玻璃棒、鐵架臺(tái)（含鐵圈）、濾紙等；操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作．磷酸受熱容易分解，在結(jié)晶時(shí)應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶；
（2）裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）①對(duì)失水后的晶體進(jìn)行冷卻時(shí)必須防止吸水
②200℃加熱反應(yīng)完全失去結(jié)晶水得到硫酸鈣，1400℃加熱硫酸鈣，得到能使品紅溶液褪色的氣體為二氧化硫，S元素化合價(jià)降低，則有氧氣生成，硫酸鈣分解生成氧化鈣、二氧化硫與氧氣；
③200℃加熱反應(yīng)完全失去結(jié)晶水得到硫酸鈣，固體減輕質(zhì)量為180g-144g=36g，為結(jié)晶水總質(zhì)量，由CaSO₄•2H₂O$\frac{\underline{\;200℃\;}}{\;}$CaSO₄+2H₂O計(jì)算CaSO₄•2H₂O的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算其含量；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由電解池示意圖可知，二氧化硫在陽極失去電子，氧化得到硫酸．

解答 解：（1）分離固體和液體的方法是過濾；過濾需要盛放藥品的燒杯、過濾的漏斗、引流作用的玻璃棒、固定漏斗的鐵架臺(tái)（含鐵圈）、濾紙等，此操作需要玻璃儀器：燒杯、漏斗、玻璃棒；
從溶液中析出晶體的方法是：將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得相應(yīng)晶體，
故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（2）裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，磷酸是三元酸，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄三種鹽，其中（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄兩種酸式鹽，
故答案為：（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄；
（3）①對(duì)失水后的晶體進(jìn)行冷卻時(shí)必須防止吸水，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有誤差，
故答案為：對(duì)失水后的晶體進(jìn)行冷卻時(shí)必須防止吸水，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有誤差；
②200℃加熱反應(yīng)完全失去結(jié)晶水得到硫酸鈣，1400℃加熱硫酸鈣，得到能使品紅溶液褪色的氣體為二氧化硫，S元素化合價(jià)降低，則有氧氣生成，硫酸鈣分解生成氧化鈣、二氧化硫與氧氣，反應(yīng)方程式為：2CaSO₄$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+O₂↑，
故答案為：2CaSO₄$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+O₂↑；
③200℃加熱反應(yīng)完全失去結(jié)晶水得到硫酸鈣，固體減輕質(zhì)量總為180g-144g=36g，為結(jié)晶水總質(zhì)量，
設(shè)固體A中含有生石膏的質(zhì)量為m，則：
CaSO₄•2H₂O$\frac{\underline{\;200℃\;}}{\;}$CaSO₄+2H₂O
172                   36
m                    36g
所以m=$\frac{36g×172}{36}$=172g
所以固體A中生石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{172g}{180g}$×100%=95.6%，
故答案為：95.6%；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由電解池示意圖可知，二氧化硫在陽極失去電子，氧化得到硫酸，陽極電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題比較綜合，涉及化學(xué)工業(yè)流程、化學(xué)計(jì)算、電解原理應(yīng)用等，掌握物質(zhì)的分離方法以及常用實(shí)驗(yàn)儀器的用途，側(cè)重考查學(xué)生分析和解決問題的能力，難度中等．