Question

【題目】利用氟磷灰石[主要成分Ca5(PO4)3F生產(chǎn)磷酸主要有熱法和濕法兩種方法。其流程如下：

熱法：工業(yè)上將氟磷灰石、焦炭和石英砂(SiO2)混合后，在電爐中加熱到1500℃生成白磷(P4)、SiF4、CO，白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，再經(jīng)水化制成粗磷酸。

濕法：武漢化工研究院為技術(shù)攻關(guān)，實(shí)驗(yàn)室模擬生產(chǎn)磷酸的流程。

(1)配平步驟I反應(yīng)的化學(xué)方程式：

____Ca5(PO4)3F+ ____C+ ____SiO2=____SiF4↑+ ___P4+____CO↑+____CaSiO3。其中氧化劑是______。

(2)濕法中粉碎氟磷灰石的目的是___________。

(3)浸取槽中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式________；浸取槽不能使用玻璃器皿的原因___________。

(4)探究中發(fā)現(xiàn)，65℃、一定流速下鼓氣(鼓氣可減少鹽酸與氟磷灰石礦反應(yīng)過程中液面的泡沫，利于HF逸出)，并通過控制鹽酸的用量減少后續(xù)除氟工藝。其他條件不變，鹽酸實(shí)際用量/理論用量與所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率如圖所示。

①選擇鹽酸用量：鹽酸實(shí)際用量/理論用量的范圍為________(填字母代號)時(shí)磷酸浸取率較高且氟含量較低。

A．0.95~1.00 B．1.00~1.05

C. 1.05~1.10 D．1.15~1.20

②鹽酸稍過量，氟含量降低的原因是___________。

③鹽酸過量較多，氟含量快速增加的可能原因是___________。

(5)通過雙指示劑方法測定浸取液中鹽酸和磷酸的濃度。實(shí)驗(yàn)如下：每次取10.0mL浸取液，用1.0 mol·L－1NaOH溶液滴定，分別用不同的指示劑，滴定結(jié)果見表。含磷微粒在不同pH下物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如圖所示。(甲基橙的變色范圍為3.1～4.4，百里酚酞的變色范圍為9.4~10.6)

則浸取液中c(HCl)=___________mol·L－1。

Answer 1

【答案】4 30 21 1 3 30 20 Ca5(PO4)3F 增大接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高浸取率 Ca5 (PO4)3 F +10HCl=3H3PO4+5CaCl2+HF 玻璃會被氫氟酸腐蝕 C 氫氟酸為弱酸，酸稍過量，抑制其電離，形成氣體逸出 隨著酸過量較多，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生大量的泡沫，不利于HF的逸出 2.17

【解析】

(1)氟磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時(shí)逸出SiF4和CO，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律書寫并配平方程式；

(2)流程中將氟磷灰石粉碎，可增大氟磷灰石與稀硫酸反應(yīng)的接觸面積，據(jù)此分析解答；

(3)氟磷灰石、濃鹽酸在浸取槽中復(fù)分解反應(yīng)，結(jié)合生成的性質(zhì)分析解答；

(4)①根據(jù)圖像，分析所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率較高且氟含量較低的鹽酸實(shí)際用量/理論用量；

②氫氟酸為弱酸，根據(jù)影響弱電解質(zhì)電離的因素分析解答；

③根據(jù)題意，減少反應(yīng)過程中液面的泡沫，利于HF逸出，據(jù)此分析解答；

(5)根據(jù)含磷微粒在不同pH下物質(zhì)的量分布圖，在pH=4左右時(shí)，溶液中主要以H2PO4-存在，在pH=10左右時(shí)，溶液中主要以HPO42-存在，分析判斷用10 mol·L－1NaOH溶液滴定浸取液中鹽酸和磷酸的濃度過程中，用甲基橙作指示劑和用百里酚酞作指示劑時(shí)發(fā)生的反應(yīng)，然后列式計(jì)算。

(1)氟磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時(shí)逸出SiF4和CO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Ca5P3FO12+30C +21SiO2 SiF4↑+3P4+ 30CO↑+20CaSiO3，反應(yīng)中C的化合價(jià)升高，C為還原劑，Ca5P3FO12中P元素的化合價(jià)降低，Ca5P3FO12為氧化劑，故答案為：4；30；21；1；3；30；20；Ca5P3FO12；

(2)流程中將氟磷灰石粉碎，可增大氟磷灰石與稀硫酸反應(yīng)的接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高浸取率，故答案為：增大氟磷灰石與稀硫酸反應(yīng)的接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高浸取率；

(3)根據(jù)濕法流程圖，氟磷灰石、濃鹽酸在浸取槽中復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca5 (PO4)3 F +10HCl=3H3PO4+5CaCl2+HF，反應(yīng)生成了氫氟酸，氫氟酸能夠腐蝕玻璃，因此浸取槽不能使用玻璃器皿，故答案為：Ca5 (PO4)3 F +10HCl=3H3PO4+5CaCl2+HF；玻璃會被氫氟酸腐蝕；

(4)①根據(jù)圖像，鹽酸實(shí)際用量/理論用量為1.05~1.10時(shí)所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率較高且氟含量較低，故選C；

②鹽酸稍過量，即鹽酸實(shí)際用量/理論用量稍大于1，由于氫氟酸為弱酸，酸稍過量，抑制其電離，形成氣體逸出，導(dǎo)致氟含量降低，故答案為：氫氟酸為弱酸，酸稍過量，抑制其電離，形成氣體逸出；

③根據(jù)題意，鼓氣可減少鹽酸與氟磷灰石礦反應(yīng)過程中液面的泡沫，利于HF逸出，當(dāng)鹽酸過量較多時(shí)，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生大量的泡沫，反而不利于HF的逸出，會造成氟含量快速增加，故答案為：隨著酸過量較多，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生大量的泡沫，不利于HF的逸出；

(5)根據(jù)含磷微粒在不同pH下物質(zhì)的量分布圖，在pH=4左右時(shí)，溶液中主要以H2PO4-存在，在pH=10左右時(shí)，溶液中主要以HPO42-存在，因此用10 mol·L－1NaOH溶液滴定浸取液中鹽酸和磷酸的濃度過程中，用甲基橙作指示劑時(shí)，氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉，與磷酸反應(yīng)生成磷酸二氫鈉，用百里酚酞作指示劑時(shí)，氫氧化鈉與磷酸二氫鈉反應(yīng)生成磷酸一氫鈉。

設(shè)鹽酸的濃度為x，磷酸的濃度為y，則有y×0.01L=(0.0329-0.0273)L×1.0 mol/L，0.0273L×1.0 mol/L= y×0.01L+x×0.01L，解得x=2.17 mol/L，y=0.56 mol/L，故答案為：2.17。