Question

1．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K26-3所示，已知CaSO₄的K_sp=2.4×10^-4，请回答有关问题：

（1）向甲中通入过量CO₂否（填“是”或“否”）有利于CaCO₃和（NH₄）₂SO₄的生成，原因是CO₃^2-转化为HCO₃^-，CO₃^2-浓度减小，不利于CaSO₄转化为CaCO₃．
（2）直接蒸干滤液得到的（NH₄）₂SO₄主要含有的杂质是（NH₄）₂CO₃（填含量最多的一种）．
（3）生成1mol （NH₄）₂SO₄消耗的氨气b
a．等于2mol　b．大于2mol　c．无法确定
（4）写出上述流程中可以循环利用的一种物质CO₂．

Answer 1

分析 中性条件下CO₂的溶解度很小，但是氨气易溶于水，得到的氨水易和二氧化碳反应，所以CaSO₄悬浊液先通入足量的氨气，然后通入适量的二氧化碳，发生反应CO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂CO₃，产生高浓度的CO₃^2-，从而发生反应CaSO₄+CO₃^2-═CaCO₃↓+SO₄^2-，过滤滤液为硫酸铵，滤渣为CaCO₃，煅烧碳酸钙，碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳，反应的化学方程式为CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，收集其产物CO₂，CO₂可被循环使用．
（1）若通入过量CO₂，CO₂与CO₃^2-反应转化为HCO₃^-，从而使CO₃^2-浓度减小，不利于反应CaSO₄+CO₃^2-═CaCO₃↓+SO₄^2-，减小CaSO₄转化为CaCO₃，所以通入过量的CO₂不利于CaCO₃和（NH₄）₂SO₄的生成；
（2）根据溶液中存在的离子分析，溶液中存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，直接蒸干滤液得到的（NH₄）₂SO₄主要含有碳酸盐杂质；
（3）根据原子N守恒知，生成1mol（NH₄）₂SO₄至少消耗2molNH₃，阴含有（NH₄）₂CO₃，所以氨气量大于2mol；
（4）煅烧CaCO₃时可收集其产物CO₂，循环使用．

解答 解：硫酸钙悬浊液通入足量的氨气，使溶液成碱性，再通适量的二氧化碳，与溶液中的氨水、硫酸钙悬浊液反应生成碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液，经过过滤分离得到碳酸钙沉淀再煅烧生成生石灰，而滤液硫酸铵经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥得到硫酸铵晶体．
（1）向甲中通入适量CO₂，其目的是发生反应CO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂CO₃，产生高浓度的CO₃^2-，从而发生反应CaSO₄+CO₃^2-═CaCO₃↓+SO₄^2-，若通入过量CO₂，CO₃^2-转化为HCO₃^-，不利于沉淀的转化，
故答案为：否；CO₃^2-转化为HCO₃^-，CO₃^2-浓度减小，不利于CaSO₄转化为CaCO₃；
（2）已知溶液中存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，所以直接蒸干滤液得到的（NH₄）₂SO₄主要含有的杂质是（NH₄）₂CO₃，
故答案为：（NH₄）₂CO₃；
（3）溶液中除含有（NH₄）₂SO₄外，还含有（NH₄）₂CO₃，根据守恒，可知生成1 mol（NH₄）₂SO₄消耗的氨气大于2 mol，
故答案为：b；
（4）滤渣为CaCO₃，煅烧碳酸钙，碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳，反应的化学方程式为CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，收集其产物CO₂，CO₂可被循环使用
在煅烧CaCO₃时可收集其产物CO₂，所以CO₂可被循环使用，
故答案为：CO₂．

点评 本题考查了工业生成硫酸铵方法，解答本题时要充分理解图中提供的信息，理解流程、理顺物质的相互转化和注意制备的原理是解答关键，本题难度中等．