Question

某化學研究性學習小組參加社會社會實踐調查得知：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以下制備（NH₄）₂SO₄的工藝流程．
[工藝流程示意圖]

上述流程中，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

 

，實驗室中進行此操作時，用到的玻璃儀器除玻璃棒、燒杯外，還需要

 

．
（2）經操作a后得到的某物質在煅燒爐中發生反應的化學方程式為

 

．該工藝中，X在沉淀池中被消耗，在煅燒爐中又生成，故X可循環使用．X的填化學式為

 

．
（3）圖中操作b應怎樣進行呢？
查閱資料：右圖是硫酸銨在水中的溶解度曲線．
表：固體硫酸銨在部分溫度時的溶解度．

溫度/℃	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
溶解度/g	70.6	73	75.4	78	81	85	88	？	95	98	103

下列說法正確的有

 

．
①從溶解度曲線中，可以查找70℃時硫酸銨的溶解度約90g；②圖中的A點表示硫酸銨溶液的狀態不飽和；③若將A點變成B點的操作采用加熱蒸發、使溶液濃縮的方法④若將B點轉化為C點時，采用的是冷卻熱飽和溶液方法
該化肥廠生產的硫酸銨化肥品質怎樣呢？
[查閱資料]下表是硫酸銨化肥品質的主要指標．

指標項目	優等品	一等品	合格品
外觀	白色結晶，無可見機械雜質	無可見機械雜質
氮（N）含量	≥21.0%	≥20.7%	≥20.5%

氨氣極易溶于水，其水溶液為氨水，呈堿性．
已知：（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
[觀察外觀]該硫酸銨化肥無可見機械雜質．
[實驗探究]按如圖所示裝置進行實驗．
（1）實驗過程中，為使硫酸銨充分反應完全轉化為NH₃，則需往燒瓶中加入足量濃氫氧化鈉溶液并充分加熱．
（2）選擇右圖裝置A進行實驗的原因

 

，燒杯中盛放的試劑稀硫酸可以吸收氨氣，兩者化合生成一種鹽，寫出化學方程式

 

．
[交流討論]
甲同學認為：應在實驗裝置中A、B裝置間加裝一個干燥裝置，否則根據實驗測得的數據，計算硫酸銨化肥的含氮量可能

 

（填“偏高”或“偏低”）．
乙同學認為：改進后的實驗裝置中還存在另一個明顯缺陷是：

 

．
（經過大家充分討論后，對實驗裝置進行了改進，重新進行實驗．）
[探究結論]稱取13.5 g硫酸銨化肥樣品，用最終改進后的實驗裝置重新進行實驗，經數據處理釋放出氨氣的質量與反應時間如圖所示．試通過計算，判斷該化肥的等級．

 

（要求寫出計算過程）

Answer 1

分析：[討論交流]
（1）要把沉淀池中有固體與液體分離，分離不溶性固體與液體混合物的方法稱為過濾，過濾操作需要的玻璃儀器有漏斗、燒杯和玻璃棒；
（2）根據流程圖分析煅燒爐中發生反應并用化學方程式表示出來．根據沉淀池內的反應可知，過濾出的濾渣碳酸鈣進入煅燒爐，高溫下分解；
進一步結合反應的生成物及流程圖的提示信息，判斷循環利用的物質并寫出化學式．沉淀池需要不斷通入氣體氨氣和二氧化碳，所以碳酸鈣分解出的二氧化碳氣體就可以通入沉淀池進行循環利用；
（3）分析應用溶解度曲線圖所做出結論的正誤．考查溶解度曲線圖的正確使用：曲線上的點為該溫度下的飽和溶液，曲線下方的點表示的溶液為不飽和溶液；
[實驗探究]
（2）制取氣體NH₃的反應物的狀態和反應條件選擇反應所需要的裝置；利用題中信息“化合生成一種鹽”分析氨氣與稀硫酸反應在，并寫出反應的化學方程式；
[交流討論]
甲：反應過程中產生的氣體中會混有水蒸氣，使吸收裝置質量增加而造成實驗數據的誤差；
乙：增加干燥裝置后，排除了混在氣體中水蒸氣對結果的影響，但裝置內會有氨氣殘留未能排出，吸收裝置不能全部吸收所產生的氨氣，造成實驗結果的不準確；
[探究結論]
根據實驗數據通過化學計算，判斷所生成的硫酸銨化肥的等級．
方法一：根據反應（NH₄）₂SO₄+2NaOH

△   .

Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O利用放出氨氣的質量求出樣品硫酸銨的質量，再根據硫酸銨的質量計算出樣品中N元素質量，最后轉化為樣品中N元素含量并與指標進行核對，得出樣品的品質等級；
方法二：根據元素守恒，直接利用實驗數據中氨氣的質量計算出樣品中N元素質量，再轉化為含量并與指標核對，得出樣品品質．

解答：解：[討論交流]
（1）分離沉淀池中CaCO₃沉淀和（NH₄）₂SO₄溶液，應采取過濾操作，操作需要的玻璃儀器有漏斗、燒杯和玻璃棒．
故答：過濾，漏斗；
（2）過濾出的濾渣碳酸鈣進入煅燒爐高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳
故選CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂↑；
流程圖的提示沉淀池需要不斷通入氣體氨氣和二氧化碳，碳酸鈣分解出二氧化碳氣體，所以通入沉淀池進行循環利用的氣體X應是二氧化碳氣體；
故選CO₂；
（3）利用溶解度曲線圖可查找某溫度下的溶解度，可判斷溶解度與溫度的關系等．
①根據曲線圖可查得70℃硫酸銨的溶解度為90g，說法正確；
②圖中A點處于曲線下方，曲線下方的點都是不飽和溶液，所以溶液A為不飽和溶液的說法正確；
③B點在曲線上，表示此點溶液為90℃時的飽和溶液，因此要把A點20℃的不飽和溶液變成90℃的飽和溶液，采取蒸發濃縮的方法既減少水的量又可以升高溫度，可以實現A點到B點的轉化．說法正確；
④C點表示10℃時的硫酸銨飽和溶液，因此通過冷卻結晶利用硫酸銨溶解度隨溫度降低而減小，使90℃的飽和溶液析出硫酸銨晶體而變成10℃時的硫酸銨飽和溶液．說法正確；
故答：①②③④；
[實驗探究]
（2）制取氣體發生裝置的選擇，根據反應物硫酸銨為固體、NaOH溶液為液體且反應條件是加熱，所以選擇此裝置；
故答：固體與液體在加熱時發生反應；
題中有信息“化合生成一種鹽”，根據質量守恒定律，此鹽就含硫酸根和銨根，即鹽為硫酸銨．
故答：2NH₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄；
[交流討論]
甲：反應過程中產生的氣體中會混有水蒸氣，吸收裝置吸收的物質為水和氨氣；
故答：偏高；
乙：裝置內會有氨氣殘留未能排出，造成實驗結果的不準確；
故答：裝置內殘留的氨氣影響含氮的測定結果
[探究結論]根據實驗數據通過化學計算，判斷所生成的硫酸銨化肥的等級．
解法一：設樣品中硫酸銨的質量為X （設和答共1分）
（NH₄）₂SO₄+2NaOH?Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
132                 34
X                  3.4g

132

x

=

34

3.4g

解之得硫酸銨的質量x=13.2 g
硫酸銨中所含N元素的質量為：

28

132

×13.2g=2.8g
樣品中N元素的質量分數（含量）為：

2.8g

13.5g

×100=20.7%
∵21.0%＞20.7%＞20.5%∴所生產的硫酸銨化學只能為合格品
答：該化肥屬于合格品．
解法二：根據反應（NH₄）₂SO₄+2NaOH?Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O可知，生成物氨氣中N元素的質量即化肥樣品硫酸銨所含N元素質量．
3.4gNH₃中N元素質量為：3.4g×

14

17

×100%=2.8g
13.5 g硫酸銨化肥樣品中N元素的含量為：

2.8g

13.5g

×100%=20.7%
∵21.0%＞20.7%＞20.5%∴所生產的硫酸銨化學只能為合格品
答：該化肥屬于合格品．

點評：題目涉及硫酸銨生產流程分析、硫酸銨溶解度曲線圖的意義及應用、硫酸銨化肥品質的鑒定實驗及通過化學計算確定化學品質等一系列問題，題目文字量大，涉及的知識點多，充分體現了學生運用知識分析與解決問題的能力．解答時最好能分塊處理．