Question

10．過氧化鈣（CaO₂）難溶于水，在常溫下穩(wěn)定，在潮濕空氣及水中緩慢分解放出氧氣，因而廣泛應用于漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等許多方面．如圖是以大理石（主要雜質(zhì)是氧化鐵）等為原料制取過氧化鈣（CaO₂）的流程．

請回答下列問題：
（1）操作①應包括下列操作中的A、B、E．（填序號）
A．溶解　B．過濾　C．蒸餾　D．分液　E．蒸發(fā)結(jié)晶
（2）用氨水調(diào)節(jié)pH至8～9的目的是除去Fe³⁺．
（3）若測得濾液C中c（CO₃^2-）=10^-3 mol/L，則Ca²⁺是（填“是”或“不”）沉淀完全．[已知c（Ca²⁺）≤10^-5 mol/L時即可視為沉淀完全；K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9]
（4）若在濾液C中，加入HNO₃使溶液呈酸性以得到副產(chǎn)物NH₄NO₃，則酸化后溶液中c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）（填“≥”、“≤”、“＜”、“＞”或“=”）．
（5）操作②是：在低溫下，往過氧化氫濃溶液中投入無水氯化鈣進行反應，一段時間后，再加入氫氧化鈉溶液，當調(diào)節(jié)溶液pH至9～11，才出現(xiàn)大量沉淀．寫出該反應的化學方程式CaCl₂+H₂O₂=CaO₂↓+2HCl；用簡要的文字解釋用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至9～11的原因加入NaOH溶液使上述平衡向正反應方向，有利于CaO₂沉淀的生成．
（6）已知大理石含CaCO₃的質(zhì)量分數(shù)為a，m g大理石可以制得n g CaO₂，請計算：CaCO₃轉(zhuǎn)化為CaO₂過程中，Ca原子的利用率$\frac{25n}{18am}$×100%．

Answer 1

分析 大理石（主要雜質(zhì)是氧化鐵）與硝酸反應生成硝酸鈣和硝酸鐵，則濾液A的成分有硝酸鈣和硝酸鐵以及剩余的硝酸，當pH至8-9范圍段內(nèi)時，三價鐵可易形成沉淀，所以濾渣B是氫氧化鐵，濾液B是硝酸鈣，和碳酸銨之間可以發(fā)生復分解反應生成碳酸鈣和硝酸銨，過濾，沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發(fā)結(jié)晶可以得到氯化鈣晶體，再失水成為無水氯化鈣，雙氧水可以和氯化鈣反應生成過氧化鈣和鹽酸，
（1）實現(xiàn)固體和液體的分離采用過濾的方法，從氯化鈣的溶液中獲得氯化鈣的結(jié)晶水合物要采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法，碳酸鈣能和強酸反應；
（2）pH至8-9范圍段內(nèi)時，三價鐵可易形成沉淀；
（3）依據(jù)溶度積常數(shù)計算此時鈣離子難度減小分析判斷；
（4）酸化后溶液中，銨根離子水解；
（5）雙氧水可以和氯化鈣反應生成過氧化鈣和鹽酸；氫氧化鈉溶液加入和鹽酸反應促進平衡正向進行生成過氧化鈣；
（6）m g大理石中碳酸鈣的物質(zhì)的量為$\frac{ma}{100}$mol，n g CaO₂的物質(zhì)的量為$\frac{n}{72}$mol，根據(jù)Ca原子的利用率=$\frac{CaO{\;}_{2}的物質(zhì)的量}{CaCO{\;}_{3}的物質(zhì)的量}$×100%計算．

解答 解：根據(jù)圖示信息，可得出：濾液A的成分有硝酸鈣和硝酸鐵以及剩余的硝酸，當pH至8-9范圍段內(nèi)時，三價鐵可易形成沉淀，所以濾渣B是氫氧化鐵，濾液B是硝酸鈣，和碳酸銨之間可以發(fā)生復分解反應生成碳酸鈣和硝酸銨，過濾，沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發(fā)結(jié)晶可以得到氯化鈣晶體，再失水成為無水氯化鈣，雙氧水可以和氯化鈣反應生成過氧化鈣和鹽酸．
（1）碳酸鈣和硝酸銨的混合物過濾后，所得沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發(fā)結(jié)晶可以得到氯化鈣晶體，CaCO₃ 和稀鹽酸反應的實質(zhì)是：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案為：A、B、E；
（2）用氨水調(diào)節(jié)pH至8-9，三價鐵可易形成沉淀，從而分離出硝酸鈣溶液，故答案為：除去Fe³⁺；
（3）若測得濾液C中c（CO₃^2-）=10^-3　mol/L，Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9；Ksp=Ca²⁺+CO₃^2-=10^-3　mol/L×c（Ca²⁺）=4.96×10^-9 ，c（Ca²⁺）=4.96×10^-6 mol/L，已知c（Ca²⁺）≤10^-5mol/L可視為沉淀完全，所以此時鈣離子沉淀完全；
故答案為：是；
（4）若在濾液C中，加入HNO₃使溶液呈酸性以得到副產(chǎn)物NH₄NO₃，銨根離子水解，則酸化后溶液中c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-）；
故答案為：＜；
（5）雙氧水可以和氯化鈣反應生成過氧化鈣和鹽酸，即CaCl₂+H₂O₂=CaO₂↓+2HCl，加入NaOH溶液使上述平衡向正反應方向，有利于CaO₂沉淀的生成；
故答案為：CaCl₂+H₂O₂=CaO₂↓+2HCl；加入NaOH溶液使上述平衡向正反應方向，有利于CaO₂沉淀的生成；
（6）m g大理石中碳酸鈣的物質(zhì)的量為$\frac{ma}{100}$mol，n g CaO₂的物質(zhì)的量為$\frac{n}{72}$mol，所以Ca原子的利用率=$\frac{CaO{\;}_{2}的物質(zhì)的量}{CaCO{\;}_{3}的物質(zhì)的量}$×100%=$\frac{25n}{18am}$×100%，
故答案為：$\frac{25n}{18am}$×100%．

點評 本題考查了制備方案的設計，題目難度中等，明確制備流程為解答關鍵，注意掌握難溶物溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的應用方法，試題有利于提高學生的分析能力及化學實驗能力．