Question

（17分）過氧化鈣(CaO₂)難溶于水，在常溫下穩定，在潮濕空氣及水中緩慢分解放出氧氣，用作殺菌劑、防腐劑、解酸劑、油類漂白劑及封閉膠泥的快干劑，在食品、牙粉、化妝品等制造中用作添加劑。下圖是以大理石(主要雜質是氧化鐵)等為原料制取過氧化鈣(CaO₂)的流程。

請回答下列問題：
（1）操作①中應包括         、         、     用氨水調節pH至8～9的目的是______________。
（2）若測得濾液C中c(CO)＝2.50×10^－4 mol·L^－1，則Ca^2＋_ _____(填“是”或“否”)沉淀完全。[已知c(Ca^2＋)≤10^－5 mol·L^－1可視為沉淀完全；K_sp(CaCO₃)＝4.96×10^－9]
（3）若在濾液C中，加入HNO₃使溶液呈酸性以得到副產物NH₄NO₃，則酸化后溶液中，c(NH)        c(NO) （填 > 、< 或 = ），(NH₄)₂CO₃溶液中離子濃度由大到小的順序為               。
（4）在低溫下，往過氧化氫濃溶液中投入無水氯化鈣進行反應，寫出該反應的化學方程式：_______________，一段時間后，再加入氫氧化鈉溶液，當調節溶液pH至9～11，才出現大量沉淀。用簡要的文字解釋需用氫氧化鈉調節pH至9～11的原因_________________________。
（5）寫出CaO₂與H₂O反應的化學方程式                                      。

Answer 1

（1）溶解、過濾、蒸發結晶（3分）；除去Fe^3＋或使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀被除去（2分）
（2）否（2分）
（3）＜（2分）  c(NH₄⁺)>c(CO₃²?)>c(OH?)>c(H⁺) （2分）
（4）CaCl₂＋H₂O₂CaO₂＋2HCl（2分）　加入NaOH溶液使上述平衡向正反應方向移動，有利于CaO₂沉淀的生成（2分）
（5）2CaO₂＋2H₂O=2Ca(OH)₂+O₂↑（2分）

試題分析：（1）沉淀碳酸鈣用鹽酸溶解然后蒸發結晶可以得到氯化鈣晶體；因大理石中的主要雜質是氧化鐵，它與硝酸反應生成了Fe(NO₃)₃，在調節pH到8～9時，Fe^3＋會以Fe(OH)₃沉淀形式進入濾渣，從而除去了雜質離子Fe^3＋。
（2）根據離子積K_sp(CaCO₃)＝4.96×10^－9＝c(Ca^2＋)·c(CO)，得c(Ca^2＋)＝4.96×10^－9/2.50×10^－4 mol·L^－1＝1.98×10^－5 mol·L^－1 > 10^－5 mol·L^－1，沒有沉淀完全。
（3）由電荷守恒：c(H^＋)＋c(NH)＝c(OH^－)＋c(NO)，因c(H^＋)＞c(OH^－)，故c(NH)＜c(NO)。
（4）由CaCl₂＋H₂O₂CaO₂＋2HCl，加入NaOH溶液，NaOH與HCl發生中和反應，減少了生成物濃度，使上述平衡向正反應方向移動，有利于CaO₂沉淀的生成。
（5）CaO₂中O元素的化合價為—1價，部分化合價升高轉化為O₂，部分化合價降低轉化為Ca(OH)₂，所以化學方程式為：2CaO₂＋2H₂O=2Ca(OH)₂+O₂↑