Question

某化工廠為綜合利用生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品CaSO₄，與相鄰的化肥廠聯(lián)合設(shè)計(jì)了制備（NH₄）₂SO₄的工藝流程．
【工藝流程及原理】

沉淀池中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為：CO₂+2NH₃+CaSO₄+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄
【討論交流】
（1）操作a的名稱(chēng)是

 

，若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行此操作，用到的玻璃儀器除玻璃棒、燒杯外，還需要

 

．
（2）經(jīng)操作a后得到的固體物質(zhì)在煅燒爐中高溫分解生成X和Y兩種物質(zhì)，該工藝中，Y被作為原料之一循環(huán)利用．Y的化學(xué)式為

 

．
（3）沉淀池中也可能生成少量NH₄HCO₃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
【硫酸銨化肥等級(jí)測(cè)定】
（1）判斷（NH₄）₂SO₄化肥中有無(wú)NH₄HCO₃：
取少量試樣溶于水，滴加足量的

 

，無(wú)氣泡產(chǎn)生，則可判斷該化肥中不存在NH₄HCO₃．
（2）化肥中氮元素含量的測(cè)定（已確定該化肥中不存在NH₄HCO₃雜質(zhì)）：
【查閱資料】
①已知：（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
氨氣極易溶于水，其水溶液為氨水．氨水呈堿性，不穩(wěn)定，易揮發(fā)．
②工業(yè)判斷硫酸銨化肥等級(jí)指標(biāo)如下：

指標(biāo) 項(xiàng)目	優(yōu)等品	合格品
氮（N）含量	≥21.0%	≥20.5%

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】
按右圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，往燒瓶中加入足量濃氫氧化鈉溶液，并加熱使硫酸銨充分反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為NH₃．
（2）燒杯中的試劑是為了吸收產(chǎn)生的氨氣，下列最適宜的試劑是

 

（填序號(hào)）；
①水；②濃HCl；③稀H₂SO₄；④NaOH溶液
燒杯中干燥管的作用是

 

．
【交流討論】
實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)認(rèn)為，用上述實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得的結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)下列情況．
（1）甲同學(xué)認(rèn)為：應(yīng)在實(shí)驗(yàn)裝置A、B之間增加一個(gè)裝有

 

（填“濃硫酸“或“堿石灰”）的干燥裝置，否則實(shí)驗(yàn)測(cè)得的硫酸銨化肥含氮量可能偏高．
（2）乙同學(xué)認(rèn)為：在實(shí)驗(yàn)裝置A、B之間增加正確的干燥裝置后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的硫酸銨化肥含氮量可能偏低，理由是

 

．
【實(shí)驗(yàn)測(cè)定】
經(jīng)討論后，他們改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，排除了可能產(chǎn)生誤差的因素，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
取硫酸銨化肥樣品13.5 g進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得B裝置增重與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如右圖所示．請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷該化肥的等級(jí)．
計(jì)算過(guò)程：
該化肥的等級(jí)為

 

品．

Answer 1

分析：【討論交流】（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的確定操作方法，再根據(jù)操作方法來(lái)確定用到的儀器．
（2）先判斷出過(guò)濾出來(lái)的物質(zhì)，再分析發(fā)生的反應(yīng)生成物，據(jù)圖分析出結(jié)果．
（3）根據(jù)反應(yīng)物，生成物，反應(yīng)條件確定化學(xué)方程式．
【硫酸銨化肥等級(jí)測(cè)定】（1）根據(jù)碳酸鹽的性質(zhì)，確定碳酸氫氨是否存在．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】：（2）從所給試劑的化學(xué)物理性質(zhì)方面確定哪種效果最好；因氨氣極易被吸收，要從防止倒吸的角度考慮干燥管的作用．
【交流討論】：（1）A中可能產(chǎn)生水蒸氣，要防止它也作為氨氣被吸收；
（2）要使結(jié)果準(zhǔn)確，還要保證A中的氨氣全部被B吸收．
【計(jì)算過(guò)程】：B增重的質(zhì)量為生成氨氣的質(zhì)量，根據(jù)它算出硫酸銨的質(zhì)量，再進(jìn)一步求出樣品中硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，判斷是否合格．

解答：解：【討論交流】（1）a操作的目的是把混合物分成固體和液體兩部分，要用過(guò)濾的操作方法．
（2）過(guò)濾后得到的固體物質(zhì)是碳酸鈣，在煅燒爐中高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳兩種物質(zhì)，由圖示知，后者是可反復(fù)利用．
（3）反應(yīng)物為氨氣及二氧化碳和水，生成物為碳酸氫氨，常溫下反應(yīng)，則方程式為：CO₂+NH₃+H₂O=NH₄HCO₃．
【硫酸銨化肥等級(jí)測(cè)定】（1）碳酸氫氨可與酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，有氣泡放出現(xiàn)象，所以可加入鹽酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或硝酸（HNO₃）等判斷是否存在．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】：（2）①水，②濃HCl，③稀H₂SO₄，④NaOH溶液四種物質(zhì)中，水不如酸吸收效果好，但鹽酸易揮發(fā)，不能采用，氫氧化鈉與氨氣不反應(yīng)，所以選③；氨氣極易和硫酸反應(yīng)被吸收，要防止倒吸．
【交流討論】：（1）A中可能產(chǎn)生水蒸氣，要防止它也作為氨氣被吸收，但濃硫酸不但可吸收水蒸氣，也吸收氨氣，所以只能用堿石灰；
（2）要使結(jié)果準(zhǔn)確，還要保證A中的氨氣全部被B吸收，圖中缺少趕盡反應(yīng)裝置中殘留氨氣的裝置（或有氨氣殘留在裝置中）
【計(jì)算過(guò)程】：
解：增重的3.4g為氨氣的質(zhì)最．
設(shè)13.5g樣品中含有（NH₄）₂SO₄的質(zhì)量為x．
（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
132                       34
x                        3.4g
132：34=x：3.4g
解得：x=13.2g
（14×2）÷132×13.2g=2.8g
2.8g÷13.5g×100%=20.7%
20.5%≤20.7%≤21.0%，為合格品．
故答案為：【討論交流】（1）過(guò)濾；漏斗；（2）CO₂；（3）CO₂+NH₃+H₂O=NH₄HCO₃
【硫酸銨化肥等級(jí)測(cè)定】（1）鹽酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或硝酸（HNO₃）等；
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：（2）③；防止倒吸；
交流討論：（1）堿石灰；（2）缺少趕盡反應(yīng)裝置中殘留氨氣的裝置（或有氨氣殘留在裝置中）
計(jì)算過(guò)程：
解：增重的3.4g為氨氣的質(zhì)最．
設(shè)13.5g樣品中含有（NH₄）₂SO₄的質(zhì)量為x．
（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
132 34
x3.4g
132：34=x：3.4g
解得：x=13.2g
（14×2）/132×13.2g=2.8g
2.8g÷13.5g×100%=20.7%，20.5%≤20.7%≤21.0%，為合格品．

點(diǎn)評(píng)：本題為綜合型的大實(shí)驗(yàn)題，有實(shí)驗(yàn)又有計(jì)算，做題時(shí)要認(rèn)真審題，要細(xì)心，步步為營(yíng)．