1.磷礦石主要以磷酸鈣[Ca3(PO42•H2O]和磷灰石[Ca5F(PO43、Ca5(OH)(PO43]等形式存在.圖(a)為目前國際上磷礦石利用的大致情況.其中濕法磷酸是指磷礦石用過量硫酸分解制備磷酸.圖(b)是熱法磷酸生產(chǎn)過程中由磷灰石制單質(zhì)磷的流程.

部分物質(zhì)的相關性質(zhì)如下:
熔點/℃沸點/℃備注
白磷44280.5
PH3-133.8-87.8難溶于水,有還原性
SiF4-90-86易水解
回答下列問題:
(1)世界上磷礦石最主要的用途是生產(chǎn)含磷肥料,約占磷礦石使用量的69%.
(2)以磷灰石為原料,濕法磷酸過程中Ca5F(PO43反應的化學方程式為Ca5F(PO43+5H2SO4=5CaSO4+HF↑+3H3PO4.現(xiàn)有1t折合含有P2O5約30%的磷灰石,最多可制得85%的商品磷酸0.49t.
(3)如圖(b)所示,熱法磷酸生產(chǎn)過程的第一步是將SiO2、過量焦炭與磷灰石混合,高溫反應生成白磷.爐渣的主要成分是CaSiO3(填化學式).冷凝塔1的主要沉積物是液態(tài)白磷,冷凝塔2的主要沉積物是固態(tài)白磷.
(4)尾氣中主要含有SiF4、CO,還含有少量的PH3、H2S和HF等.將尾氣先通入純堿溶液,可除去SiF4、H2S、HF;再通入次氯酸鈉溶液,可除去PH3.(均填化學式)
(5)相比于濕法磷酸,熱法磷酸工藝復雜,能耗高,但優(yōu)點是產(chǎn)品純度高.

分析 (1)由圖(a)可知生產(chǎn)含磷肥料,約占磷礦石使用量的比例為:4%+96%×85%×80%=69%;
(2)以磷礦石為原料,用過量的硫酸溶解Ca5F(PO43可制得磷酸,根據(jù)質(zhì)量守恒書寫化學方程式;根據(jù)P元素守恒可得關系式P2O5~2H3PO4,依據(jù)此關系式計算;
(3)將SiO2、過量焦炭與磷灰石混合,高溫除了反應生成白磷之外,得到的難溶性固體是CaSiO3;根據(jù)冷卻塔1、2的溫度與白磷的熔點比較分析白磷的狀態(tài);
(4)二氧化硅和HF反應生成四氟化硅氣體,過量的焦炭不完全燃燒生成CO,因此在尾氣中主要含有SiF4、CO,還含有少量的PH3、H2S和HF等;將尾氣通入純堿溶液,SiF4、HF、H2S與碳酸鈉反應而除去,次氯酸具有強氧化性,可除掉強還原性的PH3
(5)相比于濕法磷酸,熱法磷酸工藝所得產(chǎn)品純度大.

解答 解:(1)由圖(a)可知生產(chǎn)含磷肥料,約占磷礦石使用量的比例為:4%+96%×85%×80%=69%,
故答案為:69;
(2)以磷礦石為原料,用過量的硫酸溶解Ca5F(PO43可制得磷酸,根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得反應的化學方程式為Ca5F(PO43+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑;
根據(jù)P元素守恒可得關系式P2O5~2H3PO4,142份P2O5可制取196份磷酸,1t折合含有P2O5約30%的磷灰石,含有P2O5的質(zhì)量為0.3t,所以可制得到85%的商品磷酸的質(zhì)量為$\frac{196×0.3t}{142×85%}$=0.49t,
故答案為:Ca5F(PO43+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑;0.49;
(3)將SiO2、過量焦炭與磷灰石混合,高溫除了反應生成白磷之外,得到的難溶性固體是CaSiO3;冷卻塔1的溫度是70℃,280.5℃>t>44℃,所以此時主要的沉積物是液態(tài)白磷;冷卻塔2的溫度是18℃,低于白磷的熔點,故此時的主要沉積物是固體白磷,
故答案為:CaSiO3;液態(tài)白磷;固態(tài)白磷;
(4)二氧化硅和HF反應生成四氟化硅氣體,過量的焦炭不完全燃燒生成CO,因此在尾氣中主要含有SiF4、CO,還含有少量的PH3、H2S和HF等;將尾氣通入純堿溶液,SiF4、HF、H2S與碳酸鈉反應而除去,次氯酸具有強氧化性,可除掉強還原性的PH3
故答案為:SiF4、CO;SiF4、H2S、HF;PH3
(5)相比于濕法磷酸,熱法磷酸工藝復雜,能耗高,但是所得產(chǎn)品純度大,雜質(zhì)少,因此逐漸被采用,
故答案為:產(chǎn)品純度高.

點評 本題考查了制備方案的設計,題目難度中等,涉及磷礦石的主要用途、反應原理和有關計算,該題是高考中的常見題型,試題綜合性強,側重對學生分析問題、解答問題能力的培養(yǎng)和解題方法的指導,明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵.

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溶      液加入的物質(zhì)答案序號
(1)飽和石灰水CO2
(2)AlCl3溶液過量NH3
(3)含少量NaOH的NaAlO2過量CO2
(4)含少量NaOH的NaAlO2逐滴加稀鹽酸
(5)MgCl2、AlCl3混合液逐滴加NaOH至過量
(6)NaOH溶液逐滴加AlCl3至過量

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名稱性狀熔點/℃沸點/℃密度/g•cm-3水溶性
苯甲醛無色液體,苦杏仁味-26178.11.041 5微溶
苯甲酸白色片狀或針狀晶體122.42481.265 9微溶
苯甲醇無色液體,有芳香味-15.3205.351.041 9微溶
乙醚無色透明液體,
有特殊刺激性氣味
-116.334.60.71不溶
制備苯甲醇和苯甲酸的主要過程如下:
在錐形瓶中,加13.5g KOH、13.5mL H2O,在不斷振蕩下分批加入新制的苯甲醛,共加入15mL新制的苯甲醛,塞緊瓶口,用力振搖得到白色糊狀物,放置24h以上.
向錐形瓶中加入大約45mL水,使反應混合物中的苯甲酸鹽溶解,轉(zhuǎn)移至分液漏斗中,用45mL乙醚分三次萃取苯甲醇,合并乙醚萃取液.保存水溶液留用.
依次用15mL 25%的亞硫酸氫鈉溶液及8mL水洗滌乙醚萃取液,再加入少量無水硫酸鎂靜置片刻,過濾除去MgSO4固體.把乙醚萃取液倒入圓底燒瓶,加入2小片碎瓷片,先水浴蒸餾,再用酒精燈加熱蒸餾,收集產(chǎn)品可得苯甲醇(裝置如圖1所示).
制取純凈苯甲酸的過程略.

試完成下列問題:
(1)儀器b的名稱為冷凝管.
(2)混合苯甲醛、氫氧化鉀和水應選用的錐形瓶要用膠塞塞住,其原因是防止苯甲醛被空氣中的氧氣氧化.
(3)若將苯甲醛一次性倒入錐形瓶,可能導致A、D.
A.反應太劇烈B.液體太多無法振蕩C.反應變緩慢D.產(chǎn)率降低
(4)分液漏斗使用前須檢查是否漏水(或檢漏)并洗凈備用.
(5)制取苯甲醇時,用25%亞硫酸氫鈉溶液洗滌是為了除去未反應的苯甲醛.實驗中加入少量無水MgSO4的目的是干燥乙醚萃取液.
(6)在使用圖2所示儀器的操作中,溫度計水銀球的上沿X的放置位置為B(填圖示“A”“B”“C”或“D”).
(7)蒸餾過程中水浴加熱蒸出的主要為乙醚,然后加熱收集沸點204~206℃的餾分得到苯甲醇.某同學一次實驗中發(fā)現(xiàn)溫度在178~180℃時有少量液體蒸出,則該餾分可能為苯甲醛.

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