Question

【題目】實(shí)驗(yàn)室以工業(yè)廢渣（主要含CaSO4·2H2O，還含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）為原料制取輕質(zhì)CaCO3和(NH4)2SO4晶體，其實(shí)驗(yàn)流程如下：

（1）室溫下，反應(yīng)CaSO4(s)+(aq)CaCO3(s)+(aq)達(dá)到平衡，則溶液中=________[Ksp(CaSO4)=4.8×105，Ksp(CaCO3)=3×109]。

（2）將氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NH4)2CO3溶液，其離子方程式為________；浸取廢渣時(shí)，向(NH4)2CO3溶液中加入適量濃氨水的目的是________。

（3）廢渣浸取在如圖所示的裝置中進(jìn)行。控制反應(yīng)溫度在60~70 ℃，攪拌，反應(yīng)3小時(shí)。溫度過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致CaSO4的轉(zhuǎn)化率下降，其原因是________；保持溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物和溶劑的量不變，實(shí)驗(yàn)中提高CaSO4轉(zhuǎn)化率的操作有________。

（4）濾渣水洗后，經(jīng)多步處理得到制備輕質(zhì)CaCO3所需的CaCl2溶液。設(shè)計(jì)以水洗后的濾渣為原料，制取CaCl2溶液的實(shí)驗(yàn)方案：______[已知pH=5時(shí)Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH=8.5時(shí)Al(OH)3開(kāi)始溶解。實(shí)驗(yàn)中必須使用的試劑：鹽酸和Ca(OH)2]。

Answer 1

【答案】1.6×104 +NH3·H2O++H2O(或+NH3·H2O++H2O) 增加溶液中的濃度，促進(jìn)CaSO4的轉(zhuǎn)化 溫度過(guò)高，(NH4)2CO3分解 加快攪拌速率 在攪拌下向足量稀鹽酸中分批加入濾渣，待觀察不到氣泡產(chǎn)生后，過(guò)濾，向?yàn)V液中分批加入少量Ca(OH)2，用pH試紙測(cè)量溶液pH，當(dāng)pH介于5~8.5時(shí)，過(guò)濾

【解析】

（1）反應(yīng)CaSO4（s）+CO32-（aq）CaCO3（s）+SO42-（aq）的平衡常數(shù)表達(dá)式為，結(jié)合CaSO4和CaCO3的Ksp計(jì)算；

（2）氨水與NH4HCO3反應(yīng)生成（NH4）2CO3；加入氨水抑制（NH4）2CO3的水解；

（3）溫度過(guò)高，（NH4）2CO3分解，使CaSO4轉(zhuǎn)化率下降；保持溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物和溶劑的量不變，提高CaSO4轉(zhuǎn)化率即提高反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)的特點(diǎn)從影響反應(yīng)速率的因素分析；

（4）根據(jù)工業(yè)廢渣中的成分知，浸取、過(guò)濾后所得濾渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3；若以水洗后的濾渣為原料制取CaCl2溶液，根據(jù)題給試劑，首先要加入足量鹽酸將CaCO3完全轉(zhuǎn)化為CaCl2，同時(shí)Al2O3、Fe2O3轉(zhuǎn)化成AlCl3、FeCl3，過(guò)濾除去SiO2，結(jié)合題給已知，再利用Ca（OH）2調(diào)節(jié)pH除去Al3+和Fe3+。

（1）反應(yīng)CaSO4（s）+CO32-（aq）CaCO3（s）+SO42-（aq）達(dá)到平衡時(shí)，溶液中====1.6×104。答案：1.6×104

（2）NH4HCO3屬于酸式鹽，與氨水反應(yīng)生成（NH4）2CO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4HCO3+NH3·H2O=（NH4）2CO3+H2O[或NH4HCO3+NH3·H2O（NH4）2CO3+H2O]，離子方程式為HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O（或HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O）；浸取廢渣時(shí)，加入的（NH4）2CO3屬于弱酸弱堿鹽，溶液中存在水解平衡：CO32-+NH4++H2OHCO3-+NH3·H2O，加入適量濃氨水，水解平衡逆向移動(dòng)，溶液中CO32-的濃度增大，反應(yīng)CaSO4（s）+CO32-（aq）CaCO3（s）+SO42-（aq）正向移動(dòng)，促進(jìn)CaSO4的轉(zhuǎn)化。答案：HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O（或HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O） 增加溶液中CO32-的濃度，促進(jìn)CaSO4的轉(zhuǎn)化

（3）由于銨鹽具有不穩(wěn)定性，受熱易分解，所以溫度過(guò)高，（NH4）2CO3分解，從而使CaSO4轉(zhuǎn)化率下降；由于浸取過(guò)程中的反應(yīng)屬于固體與溶液的反應(yīng)（或發(fā)生沉淀的轉(zhuǎn)化），保持溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物和溶劑的量不變，提高CaSO4轉(zhuǎn)化率即提高反應(yīng)速率，結(jié)合外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提高CaSO4轉(zhuǎn)化率的操作為加快攪拌速率（即增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸取率）。答案：溫度過(guò)高，（NH4）2CO3分解 加快攪拌速率

（4）工業(yè)廢渣主要含CaSO4·2H2O，還含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3，加入（NH4）2CO3溶液浸取，其中CaSO4與（NH4）2CO3反應(yīng)生成CaCO3和（NH4）2SO4，SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反應(yīng)，過(guò)濾后所得濾渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3；若以水洗后的濾渣為原料制取CaCl2溶液，根據(jù)題給試劑，首先要加入足量鹽酸將CaCO3完全轉(zhuǎn)化為CaCl2，發(fā)生的反應(yīng)為CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，與此同時(shí)發(fā)生反應(yīng)Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，SiO2不反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾除去SiO2；得到的濾液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3，根據(jù)“pH=5時(shí)Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全，pH=8.5時(shí)Al（OH）3開(kāi)始溶解”，為了將濾液中Al3+、Fe3+完全除去，應(yīng)加入Ca（OH）2調(diào)節(jié)溶液的pH介于5~8.5[加入Ca（OH）2的過(guò)程中要邊加邊測(cè)定溶液的pH]，然后過(guò)濾即可制得CaCl2溶液。答案：在攪拌下向足量稀鹽酸中分批加入濾渣，待觀察不到氣泡產(chǎn)生后，過(guò)濾，向?yàn)V液中分批加入少量Ca（OH）2，用pH試紙測(cè)得溶液pH，當(dāng)pH介于5~8.5時(shí)，過(guò)濾