Question

9．利用氟磷灰石[（Ca₅（PO₄）₃F）]生產(chǎn)磷銨[（NH₄）₃PO₄]并制取硫酸、聯(lián)產(chǎn)水泥．其工藝流程如圖1所示：

（1）操作I的名稱過濾；在實(shí)驗(yàn)室中操作II包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．
（2）沸騰槽的材質(zhì)是附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨（從“玻璃”、“鋼鐵”、“附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨”中選擇），選擇的理由是因?yàn)樵谒嵝郧壹訜釛l件下，鋼鐵易被溶解，反應(yīng)產(chǎn)生HF，HF能腐蝕玻璃
（3）工業(yè)上還可以用氟磷灰石與焦炭、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，反應(yīng)方程式為：4Ca₅（PO₄）₃F+21SiO₂+30C$\frac{\underline{\;1500℃\;}}{\;}$20CaSiO₃+3P₄+SiF₄↑+30CO↑．
（4）黏土中有一種成分為石脂（Al₂[OH]₄Si₂O₅•nH₂O），其用氧化物表示為Al₂O₃•2SiO₂•（n+2）H₂O．
（5）已知SO₂的催化氧化反應(yīng)為2SO₂（g）十O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．
從化學(xué)反應(yīng)原理的角度說明催化氧化時(shí)使用熱交換器的原因移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體．
（6）制硫酸所產(chǎn)生的尾氣除了含有N₂、O₂外，還含有SO₂、微量的SO₃和酸霧．?dāng)M用圖2所示的裝置測定硫酸尾氣中SO₂的含量：若下列各組中的試劑，前者濃度為0.1mol•L^-1，后者適量，溶液體積為5mL；通入尾氣10L（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)反應(yīng)管中的溶液恰好變色．判斷下列試劑組能否測定硫酸尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)．能者，確定SO₂的體積分?jǐn)?shù)；不能者，說明原因．

編號	試劑組	結(jié)論
①	NaOH溶液、酚酞試液
②	Na2CO3溶液、酚酞試液
③	碘水、淀粉溶液
④	KMnO4溶液、稀硫酸

Answer 1

分析 氟磷灰石粉碎富集后，在沸騰槽中用濃硫酸酸化得到硫酸鈣、磷酸和HF氣體，操作Ⅰ過濾分離得到石膏與磷酸．裝置Ⅰ中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作Ⅱ是由溶液中析出晶體，應(yīng)為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結(jié)晶時(shí)應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶．在經(jīng)過過濾分離得到磷銨，分離得到濾液進(jìn)行循環(huán)利用．石膏在干燥機(jī)中脫水、再還原反應(yīng)得到二氧化碳、二氧化硫、水蒸氣等氣體，氣體處理后在熱交換器中發(fā)生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸，再循環(huán)利用．CaO與黏土等高溫反應(yīng)得到水泥．
（1）操作Ⅰ是把固體與液體分開，應(yīng)為過濾；操作Ⅱ是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作；
（2）根據(jù)在沸騰槽中用濃硫酸酸化氟磷灰石得到硫酸鈣、磷酸和HF氣體分析判斷；
（3）氟磷灰石與焦炭、石英砂混合在電爐中加熱到1500℃發(fā)生反應(yīng)生成白磷、SiF₄和CO；
（4）根據(jù)原子守恒用氧化物表示石脂（Al₂[OH]₄Si₂O₅•nH₂O）；
（5）移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體；
（6）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與氫氧化鈉、碳酸鈉反應(yīng)，不能測定二氧化硫的含量，利用SO₂的還原性采用滴定法測定其含量，可以用氧化劑酸性KMnO₄溶液、碘水等氧化，根據(jù)方程式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）操作Ⅰ是把固體與液體分開，應(yīng)為過濾；操作Ⅱ是由溶液中析出晶體，應(yīng)為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，故答案為：過濾；蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶；
（2）因?yàn)樵诜序v槽中用濃硫酸酸化氟磷灰石得到硫酸鈣、磷酸和HF氣體，則反應(yīng)生成酸性且加熱，鋼鐵易被溶解，反應(yīng)又產(chǎn)生HF，HF能腐蝕玻璃
，所以沸騰槽選附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨，故答案為：附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨；因?yàn)樵谒嵝郧壹訜釛l件下，鋼鐵易被溶解，反應(yīng)產(chǎn)生HF，HF能腐蝕玻璃；
（3）氟磷灰石與焦炭、石英砂混合在電爐中加熱到1500℃發(fā)生反應(yīng)生成白磷、SiF₄和CO，反應(yīng)方程式為：4Ca₅（PO₄）₃F+21SiO₂+30C$\frac{\underline{\;1500℃\;}}{\;}$20CaSiO₃+3P₄+SiF₄↑+30CO↑，故答案為：4Ca₅（PO₄）₃F+21SiO₂+30C$\frac{\underline{\;1500℃\;}}{\;}$20CaSiO₃+3P₄+SiF₄↑+30CO↑；
（4）石脂（Al₂[OH]₄Si₂O₅•nH₂O），根據(jù)原子守恒，其用氧化物表示為Al₂O₃•2SiO₂•（n+2）H₂O；
故答案為：Al₂O₃•2SiO₂•（n+2）H₂O；
（5）催化氧化時(shí)使用熱交換器的原因是：移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體，
故答案為：移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體；
（6）①NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高，故不能，故答案為：不能，因?yàn)镾O₂、微量的SO₃和酸霧均可以與NaOH溶液反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高；
②Na₂CO₃溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高，故不能，故答案為：不能，因?yàn)镹a₂CO₃溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高；
③硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，則根據(jù)SO₂+I₂+H₂O=2HI+H₂SO₄，所以SO₂的含量為$\frac{0.1×5×10{\;}^{-3}×22.4}{10}$×100%=0.112%，答：硫酸尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.112%；
④硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變?yōu)闊o色，則根據(jù)2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄，所以SO₂的含量為$\frac{0.1×5×10{\;}^{-3}×\frac{5}{2}×22.4}{10}$×100%=0.28%，答：硫酸尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.28%．

點(diǎn)評 本題考查制備方案設(shè)計(jì)工藝流程，涉及物質(zhì)的分離提純、基本操作、平衡移動原理、物質(zhì)含量測定等，是對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用，難度中等．