Question

【題目】磷酸二氫鉀在工農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。以下是工業(yè)上制備磷酸二氫鉀的三種方法。回答下列問(wèn)題：

I.直接法

(1)氣體X為___________(填化學(xué)式)；

(2)“浸取”步驟，濃硫酸能與KCl能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原因是___________________；

(3)“轉(zhuǎn)化”步驟發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式_______________(已知：Ca3(PO4)2難溶于水)；

(4)濾液①中加入甲醇的作用是__________________________；

(5)“操作I”是___________________________________；

II.中和反應(yīng)法

(6)氫氧化鉀溶液與高純度磷酸在反應(yīng)器中發(fā)生中和反應(yīng)制備磷酸二氫鉀。寫(xiě)出此反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式_______________________________；由下圖判斷制備磷酸二氫鉀(達(dá)80%)的最佳pH范圍______________________；

Ⅲ.電解法制取KH2PO4的原理如上圖所示。一定條件下，還可得到NaClO3。

(7)在_____室(填標(biāo)號(hào))可得到KH2PO4；寫(xiě)出產(chǎn)生ClO3-的電極反應(yīng)式______________。

Answer 1

【答案】HCl 有(HCl)氣體生成，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) Ca3(PO4)2+4H++2SO42-=CaSO4+2H2PO4- 促進(jìn)KH2PO4析出 蒸餾 H3PO4+OH-=H2PO4-+H2O 3~6.5 C Cl-+6OH--6e-=ClO3-+3H2O

【解析】

Ⅰ.濃硫酸與KCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生硫酸氫鉀和HCl，在70℃條件下，向KHSO4溶液加入Ca3(PO4)2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生KH2PO4、CaSO4、K2SO4，過(guò)濾，除去CaSO4，向?yàn)V液①中加入甲醇，可以降低KH2PO4的溶解度，得到產(chǎn)品磷酸二氫鉀晶體，由于甲醇沸點(diǎn)低，而水的沸點(diǎn)高，所以通過(guò)蒸餾將甲醇與K2SO4的水溶液分離，得到K2SO4。氫氧化鉀溶液與高純度磷酸在反應(yīng)器中發(fā)生中和反應(yīng)制備磷酸二氫鉀和水，根據(jù)磷酸二氫鉀的含量與溶液的pH關(guān)系判斷最佳pH范圍；C室連接電源負(fù)極得到電子做陰極，陽(yáng)離子鉀離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入C室，得到產(chǎn)品磷酸二氫鉀，氯離子通過(guò)陰離子交換膜在A室失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此分析。

Ⅰ.(1)由流程可知，KCl與濃硫酸得到KHSO4，則得到的氣體為HCl；

(2)“浸取”步驟，濃硫酸能與KCl能發(fā)生反應(yīng)是由于H2SO4(濃)+KClKHSO4+HCl↑，反應(yīng)產(chǎn)生的HCl脫離平衡體系，減小了生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)，逐漸發(fā)生反應(yīng)，由硫酸變?yōu)閾]發(fā)性的HCl；

(3)由流程可知在70℃條件下， KHSO4溶液加入Ca3(PO4)2可以轉(zhuǎn)化得到KH2PO4，同時(shí)得到CaSO4，該反應(yīng)的離子方程式為：Ca3(PO4)2+4H++2SO42-=CaSO4+2H2PO4-；

(4)濾液①中加入甲醇得到產(chǎn)品磷酸二氫鉀，說(shuō)明甲醇的作用是降低磷酸二氫鉀的溶解度，促進(jìn)磷酸二氫鉀的析出；

(5)由于甲醇沸點(diǎn)低，而水的沸點(diǎn)高，所以操作Ⅰ是蒸餾，通過(guò)蒸餾將甲醇與K2SO4的水溶液分離，得到K2SO4；

Ⅱ.(6)磷酸是三元弱酸，與KOH溶液按1:1物質(zhì)的量關(guān)系發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)器中發(fā)生中和反應(yīng)制備磷酸二氫鉀和水。該反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式H3PO4+OH-=H2PO4-+H2O；

根據(jù)磷酸二氫鉀的含量與溶液的pH關(guān)系圖可知：要制備含量達(dá)80%磷酸二氫鉀，最佳pH范圍是3~6.5；

Ⅲ.C室連接電源負(fù)極，作陰極，獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)離子K+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入C室，與C室的H2PO4-結(jié)合為KH2PO4，得到產(chǎn)品磷酸二氫鉀，Cl-則通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入A室，在A室Cl-失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)得到ClO3-，電極反應(yīng)式為： Cl-+6OH--6e-=ClO3-+3H2O。