Question

某化工廠為綜合利用生產過程中的副產品CaSO₄，與相鄰的化肥廠聯合設計了制備（NH₄）₂SO₄的工藝流程．
【工藝流程及原理】

沉淀池中發生的主要化學反應為：CO₂+2NH₃+CaSO₄+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄
【討論交流】
（1）操作a的名稱是

 

，若在實驗室進行此操作，用到的玻璃儀器除玻璃棒、燒杯外，還需要

 

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

 

．
（3）沉淀池中也可能生成少量NH₄HCO₃，該反應的化學方程式為

 

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

 

，無氣泡產生，則可判斷該化肥中不存在NH₄HCO₃．
（2）化肥中氮元素含量的測定（已確定該化肥中不存在NH₄HCO₃雜質）：
【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，不穩定，易揮發．
②工業判斷硫酸銨化肥等級指標如下：

指標 項目	優等品	合格品
氮（N）含量	≥21.0%	≥20.5%

【實驗設計】
按右圖所示裝置進行實驗．
（1）實驗過程中，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完全轉化為NH₃．
（2）燒杯中的試劑是為了吸收產生的氨氣，下列最適宜的試劑是

 

（填序號）；
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】
實驗小組的同學認為，用上述實驗裝置測得的結果可能會出現下列情況．
（1）甲同學認為：應在實驗裝置A、B之間增加一個裝有

 

（填“濃硫酸“或“堿石灰”）的干燥裝置，否則實驗測得的硫酸銨化肥含氮量可能偏高．
（2）乙同學認為：在實驗裝置A、B之間增加正確的干燥裝置后進行實驗，測得的硫酸銨化肥含氮量可能偏低，理由是

 

．
【實驗測定】
經討論后，他們改進了實驗裝置，排除了可能產生誤差的因素，重新進行實驗．
取硫酸銨化肥樣品13.5 g進行實驗，測得B裝置增重與反應時間的關系如右圖所示．請通過計算判斷該化肥的等級．
計算過程：
該化肥的等級為

 

品．

Answer 1

分析：【討論交流】（1）根據實驗的目的確定操作方法，再根據操作方法來確定用到的儀器．
（2）先判斷出過濾出來的物質，再分析發生的反應生成物，據圖分析出結果．
（3）根據反應物，生成物，反應條件確定化學方程式．
【硫酸銨化肥等級測定】（1）根據碳酸鹽的性質，確定碳酸氫氨是否存在．
【實驗設計】：（2）從所給試劑的化學物理性質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中可能產生水蒸氣，要防止它也作為氨氣被吸收；
（2）要使結果準確，還要保證A中的氨氣全部被B吸收．
【計算過程】：B增重的質量為生成氨氣的質量，根據它算出硫酸銨的質量，再進一步求出樣品中硫酸銨的質量分數，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，要用過濾的操作方法．
（2）過濾后得到的固體物質是碳酸鈣，在煅燒爐中高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳兩種物質，由圖示知，后者是可反復利用．
（3）反應物為氨氣及二氧化碳和水，生成物為碳酸氫氨，常溫下反應，則方程式為：CO₂+NH₃+H₂O=NH₄HCO₃．
【硫酸銨化肥等級測定】（1）碳酸氫氨可與酸反應生成二氧化碳氣體，有氣泡放出現象，所以可加入鹽酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或硝酸（HNO₃）等判斷是否存在．
【實驗設計】：（2）①水，②濃HCl，③稀H₂SO₄，④NaOH溶液四種物質中，水不如酸吸收效果好，但鹽酸易揮發，不能采用，氫氧化鈉與氨氣不反應，所以選③；氨氣極易和硫酸反應被吸收，要防止倒吸．
【交流討論】：（1）A中可能產生水蒸氣，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）要使結果準確，還要保證A中的氨氣全部被B吸收，圖中缺少趕盡反應裝置中殘留氨氣的裝置（或有氨氣殘留在裝置中）
【計算過程】：
解：增重的3.4g為氨氣的質最．
設13.5g樣品中含有（NH₄）₂SO₄的質量為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）過濾；漏斗；（2）CO₂；（3）CO₂+NH₃+H₂O=NH₄HCO₃
【硫酸銨化肥等級測定】（1）鹽酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或硝酸（HNO₃）等；
實驗設計：（2）③；防止倒吸；
交流討論：（1）堿石灰；（2）缺少趕盡反應裝置中殘留氨氣的裝置（或有氨氣殘留在裝置中）
計算過程：
解：增重的3.4g為氨氣的質最．
設13.5g樣品中含有（NH₄）₂SO₄的質量為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．

點評：本題為綜合型的大實驗題，有實驗又有計算，做題時要認真審題，要細心，步步為營．