Question

【題目】磷酸鋁(AlPO4)是一種用途廣泛的材料，在建筑、耐火材料、化工等方面具有廣泛的應用前景。以磷硅渣（主要成分為Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等）為原料制備磷酸鋁的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：

（1）酸浸液中含磷元素的主要粒子是_____(填化學式，下同)，浸渣中的主要化學成分是_____。

（2）生石灰除了調節pH外，另一作用是_____。

（3）濾液中釩元素以V3O93-形式存在，V3O93-易水解為[VO3(OH)]2-，該水解反應的離子方程式為_____。

（4）堿浸時，粗磷酸鋁轉化為可溶性溶質，則可溶性溶質分別是_____ (填化學式)。

（5）實驗測得pH、反應溫度與時間對堿浸時固相中P、Al含量的影響如圖所示：

則最優反應條件是_____。

（6）固相反應制備磷酸鋁的方法之一是在900℃的焙燒爐內加熱磷酸二氫銨與氧化鋁混合物，寫出該反應的化學方程式：_____。

Answer 1

【答案】H3PO4 SiO2、CaSO4 除去過量的SO42- V3O93-+3H2O3[VO3(OH)]2-＋3H+ Na[Al(OH)4]、Na3PO4 pH=12、溫度為80℃、時間為1h Al2O3＋2NH4H2PO42AlPO4＋2NH3↑＋3H2O

【解析】

磷硅渣的主要成分為Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等，加濃硫酸分離出濾渣為SiO2、CaSO4，酸浸液中加CaO可調節pH且除去過量硫酸根離子，濾渣1為CaSO4，濾液中釩元素以V3O93-形式存在，加NaOH分離出Na2[VO3(OH)]，再加NaOH時粗磷酸鋁溶解生成可溶性溶質為NaAlO2、Na3PO4，由圖可知，pH＝12、溫度為80℃、時間為1h時堿浸時固相中P、Al含量w%小，為最優反應條件，然后過濾分離出AlPO4；

(1)SiO2為酸性氧化物，不與硫酸反應；CaSO4微溶于水，據此回答；

(2)加濃硫酸引人過量的硫酸根離子，CaSO4微溶于水，據此回答；

(3)濾液中釩元素以V3O93-形式存在，V3O93-易水解為[VO3(OH)]2；

(4)加NaOH時粗磷酸鋁溶解生成可溶性溶質為NaAlO2、Na3PO4；

(5)在pH、反應溫度與時間對堿浸時固相中P、Al含量的影響如圖中，尋找堿浸時固相中P、Al 含量w%小時就為最優反應條件；

(6)加熱磷酸二氫銨與氧化鋁混合物生成AlPO4、NH3和H2O。

(1)酸浸中磷元素主要轉化為H3PO4，該反應的化學方程式為Ca3(PO4)2＋3H2SO4＝3CaSO4＋2H3PO4，磷硅渣的主要成分為Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等，加濃硫酸分離出濾渣為SiO2、CaSO4；

(2)生石灰除了調節pH 外，另一作用是除去過量的硫酸根離子；

(3)濾液中釩元素以V3O93-形式存在，V3O93-易水解為[VO3(OH)]2，該水解反應的離子方程式為V3O93-+3H2O3[VO3(OH)]2-＋3H+；

(4)堿浸時，粗磷酸鋁轉化為可溶性溶質，則可溶性溶質分別是Na[Al(OH)4]、Na3PO4；

(5)由圖可知，pH＝12、溫度為80℃、時間為1h時堿浸時固相中P、Al 含量w%小，為最優反應條件；

(6)加熱磷酸二氫銨與氧化鋁混合物生成AlPO4、NH3和H2O，化學方程式為：Al2O3＋2NH4H2PO42AlPO4＋2NH3↑＋3H2O.