Question

20．以硫酸工藝的尾氣、氨水、石灰石、焦炭及碳酸氫銨和KCl為原料可以合成有重要用途的硫化鈣、硫酸鉀、亞硫酸氫銨等物質，合成路線如圖1：

（1）寫出反應Ⅰ的化學方程式2CaCO₃+2SO₂+O₂=2CaSO₄+2CO₂．
（2）反應Ⅱ中需要向溶液中加入適量的對苯二酚，其作用是b（選填序號）．
a．使SO₂更易被氨水吸收  b．防止亞硫酸銨被氧化  c．防止生成亞硫酸氫銨
（3）反應Ⅲ中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：4．
（4）反應Ⅴ在25℃、40%乙二醇溶液中進行，不斷有硫酸鉀晶體從溶液中析出而氯化銨不析出，其原因是K₂SO₄在40%的乙二醇溶液中溶解度更小；已知氯化銨的溶解度隨溫度的升高而升高，則多量硫酸鉀晶體析出后，要從溶液中再析出氯化銨晶體，可采用的方法是c（選填序號）．
a．蒸發結晶      b．升溫結晶     c．蒸發濃縮，降溫結晶
（5）圖2所示廣口瓶里盛有50mL1.000mol/L酸性KMnO₄溶液，若通過a L尾氣時溶液紫紅色恰好褪去，則尾氣中SO₂的含量為$\frac{8}{a}$g/L．用該裝置測定尾氣中SO₂的含量，試劑還可以是c（選填序號）．
a．滴有酚酞的NaOH溶液     b．BaCl₂溶液       c．滴有淀粉的碘水
（6）該工藝流程中，可循環利用的物質有CaCO₃、反應Ⅱ和反應Ⅴ的余液．

Answer 1

分析 根據流程圖知，反應I中反應物為碳酸鈣、二氧化硫和氧氣，生成物是二氧化碳、硫酸鈣，反應方程式為2CaCO₃+2SO₂+O₂=2CaSO₄+2CO₂；二氧化硫和氨水混合得到亞硫酸氨，反應II的方程式為SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃．H₂O，CaSO₄和焦炭在高溫下反應生成CaS和CO，反應III為CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑；
CaSO₄和NH₄HCO₃、NH₃反應生成CaCO₃和（NH₄）2SO₄，反應IV為CaSO₄+NH₄HCO₃+NH₃=CaCO₃+（NH₄）₂SO₄，（NH₄）₂SO₄和KCl反應生成NH₄Cl和K₂SO₄，反應V方程式為2KCl+（NH₄）₂SO₄=K₂SO₄+2NH₄Cl，據此分析解答．

解答 解：根據流程圖知，反應I中反應物為碳酸鈣、二氧化硫和氧氣，生成物是二氧化碳、硫酸鈣，反應方程式為2CaCO₃+2SO₂+O₂=2CaSO₄+2CO₂；二氧化硫和氨水混合得到亞硫酸氨，反應II的方程式為SO₂+2NH₃．H₂O=（NH₄）₂SO₃．H₂O，CaSO₄和焦炭在高溫下反應生成CaS和CO，反應III為CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑；CaSO₄和NH₄HCO₃、NH₃反應生成CaCO₃和（NH₄）2SO₄，反應IV為
CaSO₄+NH₄HCO₃+NH₃=CaCO₃+（NH₄）₂SO₄，（NH₄）₂SO₄和KCl反應生成NH₄Cl和K₂SO₄，反應V方程式為2KCl+（NH₄）₂SO₄=K₂SO₄+2NH₄Cl，
（1）通過以上分析知，該反應方程式為2CaCO₃+2SO₂+O₂=2CaSO₄+2CO₂，故答案為：2CaCO₃+2SO₂+O₂=2CaSO₄+2CO₂；
（2）亞硫酸根離子不穩定，易被空氣氧化，對二苯酚能被空氣氧化，加入對二苯酚能防止亞硫酸氨被氧化，故選b；
（3）反應III為，CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑，該反應中硫酸鈣是氧化劑、C是還原劑，則氧化劑和還原劑的物質的量之比為1：4，故答案為：1：4；
（4）溶解度小的先析出，析出硫酸鉀而不析出氯化銨，說明K₂SO₄在40%的乙二醇溶液中溶解度更小，
氯化銨的溶解度隨溫度的升高而升高，要使氯化銨析出，應該降低氯化銨的溶解度，所以應該采用蒸發濃縮、冷卻降溫的方法，故答案為：K₂SO₄在40%的乙二醇溶液中溶解度更小；c；
（5）高錳酸鉀和二氧化硫反應方程式為2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄，
根據方程式知，n（SO₂）=$\frac{1.000mol/L×0.05L}{2}×5$=0.125mol，其質量=0.125mol÷64g/mol=8g，
其含量=$\frac{8g}{aL}$=$\frac{8}{a}$g/L；
二氧化硫屬于酸性氧化物，能和堿反應，具還原性，能被強氧化劑氧化，
a．亞硫酸鈉溶液呈堿性，反應后溶液仍然呈紅色，只是淡一些，無法測定二氧化硫含量，故錯誤；
b．亞硫酸酸性小于鹽酸，則二氧化硫和氯化鋇溶液不反應，則無法測定二氧化硫含量，故錯誤；
c．碘具有氧化性，能氧化二氧化硫，自身被還原生成碘離子，所以溶液褪色，可以測定二氧化硫含量，故正確；
故答案為：$\frac{8}{a}$；c；
（6）根據圖知，反應II和反應V的余液中含有部分分子，則可以循環利用的有：CaCO₃、反應Ⅱ和反應Ⅴ的余液，故答案為：CaCO₃、反應Ⅱ和反應Ⅴ的余液．

點評 本題考查氨氣的制備以及分離提純實驗，為高頻考點，側重考查學生分析問題解決問題的能力，明確流程圖中發生的反應及物質性質、物質分離提純方法是解本題關鍵，難點是判斷溶液中溶質成分及發生的反應，題目難度中等．