Question

硫酸的工业制备是一个重要的化工生产过程，但同时在生产过程中会产生大量SO₂等污染物。以硫酸工业的尾气、氨水、石灰石、焦炭及氯化钾为原料可以合成有重要用途的硫化钙、硫酸钾、氯化铵、亚硫酸铵等物质。合成路线如下：

完成下列填空：

(1)某电厂每月用煤300t(煤中含硫的质量分数为2.5%)，若燃烧时煤中的硫全部转化为二氧化硫，现用反应Ⅰ的原理将尾气中的SO₂转化为石膏，且反应过程中96%的硫转化为石膏，则可生产石膏______ t。

(2)操作a中，必须的操作步骤有蒸发、___________、___________等；

(3)反应Ⅲ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________；

(4)写出反应Ⅳ的方程式______________ ；操作b所得滤液中阳离子的检验方法是________________。

(5)反应Ⅴ在25℃，40%乙二醇溶液中进行，该复分解反应能顺利进行的原因是___________；

(6)该生产过程中可以循环使用的物质是_______________。

Answer

38.7 冷却结晶 过滤 1:4 CaSO4+2NH3+CO2+H2O=(NH4)2SO4+CaCO3↓ 取溶液少许加入NaOH并加热，生成有刺激性气味的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝 由于K2SO4在乙二醇溶液中的溶解度小，能够形成晶体而析出，因此符合复分解反应发生的条件 CaCO3，CO2

【解析】

由流程可知，I中发生的反应为2CaCO3+O2+2SO2=2CaSO4+2CO2，反应Ⅳ为CaSO4、NH3和CO2反应生成碳酸钙和硫酸铵，发生CO2+2NH3+CaSO4+H2O =CaCO3↓+(NH4)2SO4，可知CaCO3、CO2可循环使用，反应Ⅴ为硫酸铵溶液中加入氯化钾生成硫酸钾晶体，所以操作b为过滤，滤液中含有的阳离子为铵根离子，Ⅱ中发生SO2+2NH3·H2O=(NH4)2SO3+H2O，Ⅲ中发生CaSO4+4C=CaS+4CO↑，据此分析解答。

(1)二氧化硫与碳酸钙反应生成亚硫酸钙与二氧化碳，反应方程式为：SO2+CaCO3=CaSO3+CO2，亚硫酸钙在水存在的条件下被氧气氧化生成CaSO4•2H2O，反应方程式为：2CaSO3+O2+4H2O=2(CaSO4•2H2O)，总反应为：2CaCO3+2SO2+O2+4H2O═2(CaSO4•2H2O)+2CO2，因此有

=，解得：m=38.7t，故答案为：38.7；

(2)操作a是从亚硫酸铵溶液中获得亚硫酸铵晶体，亚硫酸铵晶体受热易分解，所以操作a为冷却结晶、过滤，故答案为：冷却结晶；过滤；

(3)反应Ⅲ的化学方程式为：CaSO4+4C=CaS+4CO↑，其中氧化剂为CaSO4，还原剂为C，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4，故答案为：1∶4；

(4)反应Ⅳ的化学方程式为CaSO4+2NH3+CO2+H2O=(NH4)2SO4+CaCO3↓，操作b过滤，所得滤液中阳离子为铵根离子，具有铵根离子的方法为：取溶液少许加入NaOH并加热，生成有刺激性气味的气体，并能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，故答案为：CaSO4+2NH3+CO2+H2O=(NH4)2SO4+CaCO3↓；取溶液少许加入NaOH并加热，生成有刺激性气味的气体，并能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；

(5)反应V中选用了40%的乙二醇溶液，温度控制在25℃，是因为乙二醇能够降低硫酸钾的溶解度，有利于硫酸钾析出，故答案为：由于K2SO4在乙二醇溶液中的溶解度小，能够形成晶体而析出，因此符合复分解反应发生的条件；

(6)根据上面的分析可知，该生产过程中可以循环使用的物质为CaCO3，CO2，故答案为：CaCO3，CO2．