Question

碳酸鈣常用作牙膏的摩擦劑．某同學設計了一種制備碳酸鈣的方案，其流程圖如下：（所用石灰石含有雜質SiO₂）

回答下列問題：
（1）充分煅燒110噸石灰石得到固體66噸．標準狀況下生成二氧化碳的體積為     L，石灰石中碳酸鈣的質量分數為     %．
（2）假設第①步反應完全進行，則第②步反應過濾后得到的不溶性濾渣的成分為      ．
（3）第③步反應一般不采用通入CO₂的主要原因是     ，相應的離子方程式為     ．
（4）CaCO₃是一種難溶液物質，25℃時其K_SP=2.8×10^-9．現將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為2.0×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的物質的量濃度最小是     ．
（5）某學生用石灰石為原料，設計了另一種制備碳酸鈣的實驗方案，其流程圖如下：

與前一方案相比較，該方案的優點是     ．

Answer 1

（每空2分，共14分）
（1）2.24×10⁷L ；  90.0 （4分）
（2）CaSiO₃ (2分)
（3）通入CO₂的量不易控制，使生成的碳酸鈣在CO₂過量的條件下溶解 （2分）
CaCO₃+CO₂+H₂O=Ca²⁺+2HCO₃^—­­   （2分）
（4）5.6×10⁵mol/L （2分）
（5）不需要加熱，操作簡單，減少來自燃料的污染（2分）

試題分析：
（1）根據碳酸鈣分解：
CaCO₃ CaO  +  CO₂ ↑   △m
100           56      22.4        44
100×10⁶g           V      44×10⁶g
所以生成二氧化碳的體積為mol×22.4L/mol=2.24×10⁷L
石灰石中碳酸鈣的質量分數為 ×100%=90.9%
（2）碳酸鈣除了分解，還與少量雜質SiO₂發生反應：SiO₂+CaCO₃=CaSiO₃+CO₂
所以不溶液性濾渣的成分有CaSiO₃。
（3）因CO₂過量時，會繼續與碳酸鈣反應，CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca²⁺+2HCO₃^-（4）當溶液中Q_C≥K_SP時，形成沉淀，C（Ca²⁺）≥mol?L^-1=2.8×10^-5mol?L^-1，
等體積混合前CaCl₂溶液的物質的量濃度最小為5.6×10^-5 mol?L^-1
（5）因與前一方案相比較，可知制備過程不需要加熱、操作簡便等。