Question

某化学研究性学习小组参加社会实践调查得知：某化工厂为综合利用生产过程中的副产品CaSO₄，与相邻的化肥厂联合设计了图1制备（NH₄）₂SO₄ 的工艺流程．
   上述流程中，沉淀池中发生的主要化学反应为CO₂+2NH₃+CaSO₄+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄

【讨论交流】
（1）操作a的名称是    ，实验室中进行此操作时，用到的玻璃仪器除玻璃棒、烧杯外，还需要    ．
（2）经操作a后得到的某物质在煅烧炉中发生反应的化学方程式为    ．该工艺中，X在沉淀池中被消耗，在煅烧炉中又生成，故X可循环使用．X的填化学式为    ．
（3）图中操作b应怎样进行呢？
查阅资料：图2是硫酸铵在水中的溶解度曲线．
表：固体硫酸铵在部分温度时的溶解度．

温度/℃		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

下列说法正确的有    ．
①从溶解度曲线中，可以查找70℃时硫酸铵的溶解度约90g；
②图中的A点表示硫酸铵溶液的状态不饱和
③若将A点变成B点的操作采用加热蒸发，使溶液浓缩的方法
④若将B点转化为C点时，采用的是冷却热饱和溶液方法
【拓展研究】该化肥厂生产的硫酸铵化肥品质怎样呢？
【查阅资料】下表是硫酸铵化肥品质的主要指标．

指标 项目	优等品	一等品	合格品
外观	白色结晶， 无可见机械杂质	无可见机械杂质
氮（N）含量	≥21.0%	≥21.0%	≥20.5%

氨气极易溶于水，其水溶液为氨水，呈碱性．
已知：（NH₄）₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O
【观察外形】该硫酸铵化肥无可见机械杂质．
【试验探究】按图3所示装置进行实验）
（1）实验过程中，为使硫酸铵充分反应完全转化为NH₃，则需往烧瓶中加入足量浓氢氧化钠溶液并充分加热．
（2）烧杯中盛放的试剂稀硫酸可以吸收氨气，两者化合生成一种
盐，写出化学方程式    ．
【定量研究】取68g硫酸铵化肥样品于烧瓶中，等充分反应后，盛放稀硫酸的烧杯中增重17g，通过计算推知硫酸铵化肥品质指标为    （实验误差忽略不计）请列出计算过程．
【交流讨论】甲同学认为：应在实验装置A、B之间加装一个干燥装置，否则根据实验测得的数据，计算硫酸铵化肥的含氮量可能    （填“偏高”或“偏低”）．

Answer

[讨论交流]
（1）要把沉淀池中有固体与液体分离，分离不溶性固体与液体混合物的方法称为过滤，过滤操作需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒；
（2）根据流程图分析煅烧炉中发生反应并用化学方程式表示出来．根据沉淀池内的反应可知，过滤出的滤渣碳酸钙进入煅烧炉，高温下分解；
进一步结合反应的生成物及流程图的提示信息，判断循环利用的物质并写出化学式．沉淀池需要不断通入气体氨气和二氧化碳，所以碳酸钙分解出的二氧化碳气体就可以通入沉淀池进行循环利用；
（3）分析应用溶解度曲线图所做出结论的正误．考查溶解度曲线图的正确使用：曲线上的点为该温度下的饱和溶液，曲线下方的点表示的溶液为不饱和溶液；
[实验研究]
（2）利用题中信息“化合生成一种盐”分析氨气与稀硫酸反应在，并写出反应的化学方程式；
[定量探究]
根据实验数据通过化学计算，判断所生成的硫酸铵化肥的等级．
方法一：根据反应（NH4）2SO4+2NaOH Na2SO4+2NH3↑+2H2O利用放出氨气的质量求出样品硫酸铵的质量，再根据硫酸铵的质量计算出样品中N元素质量，最后转化为样品中N元素含量并与指标进行核对，得出样品的品质等级；
方法二：根据元素守恒，直接利用实验数据中氨气的质量计算出样品中N元素质量，再转化为含量并与指标核对，得出样品品质．
【交流讨论】反应过程中产生的气体中会混有水蒸气，使吸收装置质量增加而造成实验数据的误差；
【解析】
[讨论交流]
（1）分离沉淀池中CaCO3沉淀和（NH4）2SO4溶液，应采取过滤操作，操作需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒．
（2）过滤出的滤渣碳酸钙进入煅烧炉高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，化学方程式为CaCO3CaO+CO2↑；流程图的提示沉淀池需要不断通入气体氨气和二氧化碳，碳酸钙分解出二氧化碳气体，所以通入沉淀池进行循环利用的气体X应是二氧化碳气体；
（3）利用溶解度曲线图可查找某温度下的溶解度，可判断溶解度与温度的关系等．
①根据曲线图可查得70℃硫酸铵的溶解度为90g，说法正确；
②图中A点处于曲线下方，曲线下方的点都是不饱和溶液，所以溶液A为不饱和溶液的说法正确；
③B点在曲线上，表示此点溶液为90℃时的饱和溶液，因此要把A点20℃的不饱和溶液变成90℃的饱和溶液，采取蒸发浓缩的方法既减少水的量又可以升高温度，可以实现A点到B点的转化．说法正确；
④C点表示10℃时的硫酸铵饱和溶液，因此通过冷却结晶利用硫酸铵溶解度随温度降低而减小，使90℃的饱和溶液析出硫酸铵晶体而变成10℃时的硫酸铵饱和溶液．说法正确；
故选①②③④；
【定量研究】
（2）题中有信息“化合生成一种盐”，根据质量守恒定律，此盐就含硫酸根和铵根，即盐为硫酸铵．化学方程式为：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4；
根据实验数据通过化学计算，判断所生成的硫酸铵化肥的等级．
解法一：设样品中硫酸铵的质量为X
（NH4）2SO4+2NaOHNa2SO4+2NH3↑+2H2O
132                 34
X                   17g

解之得x=66 g
硫酸铵中所含N元素的质量为：×66g=14g
样品中N元素的质量分数（含量）为：×100=20.6%
∵21.0%＞20.6%＞20.5%∴所生产的硫酸铵化学只能为合格品
答：该化肥属于合格品．
解法二：根据反应（NH4）2SO4+2NaOH≜Na2SO4+2NH3↑+2H2O可知，生成物氨气中N元素的质量即化肥样品硫酸铵所含N元素质量．
17gNH3中N元素质量为：17g××100%=14g
68g硫酸铵化肥样品中N元素的含量为：×100%=20.6%
∵21.0%＞20.6%＞20.5%∴所生产的硫酸铵化学只能为合格品
答：该化肥属于合格品．
[交流讨论]
甲：反应过程中产生的气体中会混有水蒸气，吸收装置吸收的物质为水和氨气，会使结果偏高；
故答案为：[讨论交流]
（1）过滤，漏斗．
（2）CaCO3 CaO+CO2↑． CO2
（3）①②③④
【试验探究】2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4．
【定量研究】合格【交流讨论】偏高