Question

碳及其化合物在生产、生活中有广泛的用途。

I.金刚砂SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。

(1)碳与同周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极性分子，则Q元素在周期表中的位置为____________，R的电子式为______________；

(2)一定条件下，Na还原CCl₄可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收CCl₄的实验操作名称为_____________，除去粗产品中少量钠的试剂为______________；

(3)碳还原制取SiC，其粗产品中杂质为Si和SiO₂。先将20.0g SiC粗产品加入到过量NaOH溶液中充分反应，收集到0.1 mol氢气，过滤SiC固体11.4g，滤液稀释到1L。Si与NaOH溶液反应的离子方程式为____________________，硅酸盐的物质的量浓度为____________。

II.工业上向氨化的CaSO₄悬浊液中通入适量CO₂，可制取(NH₄)₂SO₄，其流程如图所示。已知CaSO₄的K_SP＝9.1×10^－4，CaCO₃的K_SP＝2.8×10^－4。请回答：

(1)向甲中通入过量CO₂__________(填“有”或“不”)利于CaCO₃和(NH₄)₂SO₄的生成，原因是_________________。

(2)直接蒸干滤液得到的(NH₄)₂SO₄主要含有的杂质是____________(填含量最多的一种)。

(3)锅炉水垢中含有的CaSO₄，可先用Na₂CO₃溶液浸泡，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO₃，而后用酸除去。

①CaSO₄转化为CaCO₃的离子方程式为___________________________；

②请分析CaSO₄转化为CaCO₃的原理：___________________________。

Answer

第二周期第ⅥA族 过滤 水或乙醇 Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑ 0.17mol/L 不 通入过量的CO2会使CO32-转化为HCO3-，从而CO32-浓度减小，不利于CaSO4转化为CaCO3 (NH4)2CO3 CaSO4(s)+CO32-(aq)⇌CaCO3(s)+SO42-(aq) CaSO4存在沉淀溶解平衡CaSO4(s)⇌Ca2+(aq)+SO42-(aq)，当加入Na2CO3溶液后，CO32-与Ca2+结合生成溶度积更小的CaCO3沉淀，溶液中Ca2+浓度减少，使CaSO4的溶解平衡向溶解的方向移动

【解析】

I. （1）C有两个电子层，最外层有4个电子，位于第二周期第ⅣA族；与C能形成两种气态化合物的为O，会形成CO、CO2，其中CO2为非极性分子。

（2）得到的粗产品为不溶于液态CCl4的固体，要分离CCl4，可用过滤的方法，除去粗产品中少量钠可用水或乙醇；

（3）Si与NaOH反应的化学反应方程式为：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，再根据氢气与硅的系数比进行计算；

II.（1）通入过量CO2与CO32-反应转化为HCO3-，从而使CO32-浓度减小，不利于CaSO4转化为CaCO3；

（2）溶液中存在CO32-、SO42-、NH4+，根据溶液中存在的离子分析即可；

（3）①Na2CO3与CaSO4反应生成CaCO3和Na2SO4；

②根据沉淀的转化原理分析。

I. （1）与C能形成两种气态化合物的为O，会形成CO、CO2，其中CO2为非极性分子，则Q为氧，非极性分子CO2的电子式为：，故答案为：第二周期第ⅥA族；；

（2）得到的粗产品为不溶于液态CCl4的固体物质，要分离CCl4，可用过滤的方法，除去粗产品中少量钠可用水或乙醇；故答案为：过滤；水或乙醇；

（3）Si与NaOH反应的化学反应方程式为：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，其离子方程式为：Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑，由Si∼2H2，则粗产品中Si为0.05mol即0.05×28=1.4g，所以SiO2为20.0−1.4+11.4=7.2g，物质的量为0.12mol，由Si原子守恒知Na2SiO3的物质的量为0.05mol+0.12mol=0.17mol，溶液体积为1L，浓度为0.17mol/L，答案为：Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑；0.17mol/L；

II. （1）CO2与CO32-反应转化为HCO3-，从而使CO32-浓度减小，不利于CaSO4转化为CaCO3；所以通入过量的CO2不利于CaCO3和（NH4）2SO4的生成，故答案为：不；通入过量的CO2会使CO32-转化为HCO3-，CO32-浓度减小，不利于CaSO4转化为CaCO3；

（2）溶液中存在CO32-、SO42-、NH4+，直接蒸干滤液得到的(NH4)2SO4主要含有的杂质是(NH4)2CO3，答案为：(NH4)2CO3；

（3）①Na2CO3与CaSO4反应生成CaCO3和Na2SO4，化学方程式为：

CaSO4(s)+CO32-(aq)⇌CaCO3(s)+SO42-(aq)，答案为：CaSO4(s)+CO32-(aq)⇌CaCO3(s)+SO42-(aq)；

②已知CaSO4的Ksp=9.1×10-4，CaCO3的Ksp=2.8×10-4，CaSO4存在沉淀溶解平衡CaSO4(s)⇌Ca2+(aq)+SO42-(aq)，加Na2CO3溶液后，CO32-与Ca2+结合生成溶度积更小的CaCO3沉淀，溶液中Ca2+浓度减少，使CaSO4的溶解平衡向溶解的方向移动，从而转化为CaCO3，故答案为：CaSO4存在沉淀溶解平衡CaSO4(s)⇌Ca2+(aq)+SO42-(aq)，当加入Na2CO3溶液后，CO32-与Ca2+结合生成溶度积更小的CaCO3沉淀，溶液中Ca2+浓度减少，使CaSO4的溶解平衡向溶解的方向移动。