Question

11．磷尾礦難溶于水，主要含Ca₅（PO₄）₃F和CaCO₃•MgCO₃．某研究小組提出了用磷尾礦制備CaCO₃、Mg（OH）₂、P₄和CO的方案，其工藝流程圖：
請回答下列問題：
（1）磷精礦[Ca₅（PO₄）₃F]分解溫度高于（填“高于”、“低于”）950℃；
（2）NH₄NO₃溶液能從磷礦I中浸取出Ca²⁺的原因是NH₄⁺水解使溶液呈酸性，與CaO、Ca（OH）₂反應生成Ca²⁺，第一次浸取液用NH₄NO₃而不用的（NH₄）₂SO₄原因是CaSO₄微溶于水，第一次若使用硫酸，不能完全浸取Ca²⁺．
（3）磷精礦與SiO₂、C發(fā)生反應時被還原的物質是Ca₅（PO₄）₃F．
（4）其產物CO在工業(yè)上有重要的綜合應用，現以CO、H₂O、熔融Na₂O組成的電池裝置如圖所示．
COA石墨I負載BH₂O石墨Ⅱ熔融Na₂O
寫出石墨Ⅰ電極上發(fā)生反應的電極反應式CO+O^2--2e^-=CO₂，Na⁺向石墨Ⅱ（填寫“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”）移動．
（5）CO也可由甲酸（HCOOH）制取，甲酸是易溶于水的一元弱酸．
①常溫下關于1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液，下列關系不正確的是d．
a．c（H⁺）•c（OH^-）=1×10^-14
b．c（H⁺）+c（HCOOH）=c（OH^-）
c．c（Na⁺）=c（HCOOH）+c（HCOO^-）
d．c（Na⁺）＞c（H⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）
②向1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中加水稀釋后，c（HCOOH）•c（OH^-）的數值減小（填寫“增大”“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 磷尾礦[主要含Ca₅（PO₄）₃F和CaCO₃•MgCO₃]在950℃下煅燒，其中碳酸鈣和碳酸鎂分解，生成氣體的成分為二氧化碳（CO₂），磷礦Ⅰ的主要成分為Ca₅（PO₄）₃F、CaO、MgO，NH₄NO₃溶液中銨離子水解呈酸性，可溶解CaO，得到的浸取液Ⅰ含有Ca²⁺，可生成CaCO₃，磷礦Ⅱ含有Ca₅（PO₄）₃F、MgO，加入硫酸銨浸取，浸取液Ⅱ含有鎂離子，可生成氫氧化鎂，磷精礦加入二氧化硅、C等，在高溫下發(fā)生4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄，可生成P₄，以此解答該題；
（1）在950℃下煅燒磷尾礦，根據產物判斷Ca₅（PO₄）₃F是否分解；
（2）NH₄NO₃因水解其溶液顯酸性，CaSO₄是微溶于水的鹽；
（3）磷精礦與SiO₂、C發(fā)生反應時發(fā)生的反應為4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄，可結合化合價的變化判斷被還原的物質；
（4）石墨Ⅰ電極上CO發(fā)生氧化反應，可知石墨Ⅰ電極為負極，結合電解質是熔融的Na₂O，可寫出此反應的電極反應式，原電池工作時陽離子向正極移動；
（5）①常溫下關于1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液，有水的電離平衡、和HCOO^-的水解平衡，存在水的離子積常數是定徝、電荷守恒、物料守恒，且0.1mol•L^-1 HCOONa溶液顯堿性，據此判斷各選項；
②向1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中加水稀釋，促進HCOO^-的水解，由此判斷c（HCOOH）•c（OH^-）的數值變化．

解答 解：磷尾礦[主要含Ca₅（PO₄）₃F和CaCO₃•MgCO₃]在950℃下煅燒，其中碳酸鈣和碳酸鎂分解，生成氣體的成分為二氧化碳（CO₂），磷礦Ⅰ的主要成分為Ca₅（PO₄）₃F、CaO、MgO，NH₄NO₃溶液中銨離子水解呈酸性，可溶解CaO，得到的浸取液Ⅰ含有Ca²⁺，可生成CaCO₃，磷礦Ⅱ含有Ca₅（PO₄）₃F、MgO，加入硫酸銨浸取，浸取液Ⅱ含有鎂離子，可生成氫氧化鎂，磷精礦加入二氧化硅、C等，在高溫下發(fā)生4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄；
（1）在950℃下煅燒磷尾礦，Ca₅（PO₄）₃F沒有分解，可知磷精礦[Ca₅（PO₄）₃F]分解溫度高于950℃，故答案為：高于；
（2）NH₄NO₃溶液中銨離子水解呈酸性，H⁺能從磷礦I中浸取出Ca²⁺，CaSO₄是微溶于水的鹽，則不選用（NH₄）₂SO₄，故答案為：NH₄⁺水解使溶液呈酸性，與CaO、Ca（OH）₂反應生成Ca²⁺； CaSO₄微溶于水，第一次若使用硫酸，不能完全浸取Ca²⁺；
（3）磷精礦與SiO₂、C發(fā)生反應時發(fā)生的反應為4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄，反應中P元素的化合價從+5價降為0價，發(fā)生還反應，可知被還原的物質是Ca₅（PO₄）₃F，故答案為：Ca₅（PO₄）₃F；
（4）石墨Ⅰ電極是負極，CO發(fā)生氧化反應，此反應的電極反應式為CO+O^2--2e^-=CO₂，石墨Ⅱ電極是正極，而原電池工作時Na⁺向正極移動，故答案為：CO+O^2--2e^-=CO₂；石墨Ⅱ；
（5）①常溫下關于1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中；
a．常溫下水的離子積c（H⁺）•c（OH^-）=1×10^-14，故a正確；
b． 溶液中存在的電荷守恒式為c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCOO^-），物料守恒式為c（Na⁺）=c（HCOOH）+c（HCOO^-），則c（H⁺）+c（HCOOH）=c（OH^-），故b正確；
c．溶液中存在的物料守恒式為c（Na⁺）=c（HCOOH）+c（HCOO^-），故c正確；
d．HCOONa是強堿弱酸鹽，其溶液顯堿性，c（OH^-）＞c（H⁺），故d錯誤；答案為d；
②向1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中加水稀釋，促進HCOO^-的水解，c（HCOO^-）減小，c（HCOOH）•c（OH^-）=$\frac{c（HCOOH）•c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=${K}_{w}×\frac{c（HCO{O}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$=${K}_{w}×\frac{c（HCO{O}^{-}）}{{K}_{a}（HCOOH）}$，則其減小，故答案為：減小．

點評 本題考查物質的制備，涉及化學反應原理，涉及鹽類的水解、弱電解質的電離、離子濃度的大小比較等知識，題目難度較大，注意掌握實驗的原理和流程，把握電離平衡常數和水的離子積常數的意義，充分培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力．