Question

【題目】磷酸二氫鉀(KH2PO4)是一種重要的化工產品，工業上常用作緩沖劑和培養劑，農業上常用作 復合肥料。以氟磷灰石［主要成分為Ca5F(PO4)3,還含有少量的Fe2O3、A12O3等雜質］為原料制備KH2PO4 晶體的一種流程如下：

回答下列問題：

(1)“酸浸”過程中生成磷酸的化學方程式為________，若用鹽酸代替硫酸，磷酸的產率會明顯提高，原因是___，該過程所用的儀器不能釆用二氧化硅陶瓷材料，其主要原因是_____________(用化學方程式表示)。

(2)己知物質A為CaCO3,其作用是調節溶液pH,則“廢渣I”的主要成分為__________。

(3) “反應II ”的化學方程式為 _______。

(4)將獲得的KH2PO4晶體進行進一步提純的方法名稱為____。

(5)若用1000kg質量分數為50.4%的氟磷灰石來制取磷酸二氫鉀晶體，其產率為80%,則生產出的磷酸二氫鉀晶體的質量為 _____kg. 已知摩爾質量 M（Ca5F(PO4)3）=504g/mol,M(KH2PO4)=136 g/mol。

Answer 1

【答案】Ca5F(PO4)3+5H2SO45CaSO4 ↓ +HF ↑ +3H3PO4 生成的硫酸鈣會附著在磷灰石的表面，阻止反應進一步進行 SiO2+4HF═SiF4↑ +2H2O Fe(OH)3、Al(OH)3 K2SO4+Ca(H2PO4)2═2KH2PO4+CaSO4↓ 重結晶 326.4

【解析】

氟磷灰石主要成分為Ca5F(PO4)3，還含有少量的Fe2O3、A12O3等雜質，將氟磷灰石經粉碎后加入濃硫酸，可得到HF氣體，過濾得到硫酸鈣晶體，濾液中含有磷酸和硫酸鐵、硫酸鋁，濾液中加入碳酸鈣，調節溶液pH，使溶液中的Fe3+、Al3+轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而過濾除去，濾液II中加入K2SO4，進一步除去溶液中的Ca2+，過濾除去CaSO4，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶可得到KH2PO4，以此解答該題。

(1)“酸浸”過程中濃硫酸溶解Ca5F(PO4)3，生成磷酸的同時有硫酸鈣、HF，則發生反應的化學方程式為Ca5F(PO4)3+5H2SO45CaSO4 ↓ +HF ↑ +3H3PO4；因硫酸鈣微溶于水，附著在磷灰石的表面，阻止反應進一步進行，因此用鹽酸代替硫酸，可明顯提高磷酸的產率；該過程生成的HF能腐蝕玻璃，發生反應的化學方程式為SiO2+4HF═SiF4↑ +2H2O，則所用的儀器不能釆用二氧化硅陶瓷材料；

(2)物質A為CaCO3，其作用是調節溶液pH，促進溶液中Fe3+、Al3+完全水解轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，則過濾得到的“廢渣I”的主要成分為Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3) “反應II”是濾液中加入K2SO4，和Ca(H2PO4)2發生復分解反應生成KH2PO4和CaSO4，發生反應的化學方程式為K2SO4+Ca(H2PO4)2═2KH2PO4+CaSO4↓；

(4)將溶液中獲得的KH2PO4晶體進一步提純，可根據溶解度隨溫度的變化不同，選擇重結晶操作；

(5)若用1000kg質量分數為50.4%的氟磷灰石(化學式為Ca5P3FO12)來制取磷酸二氫鉀晶體，其產率為80%，Ca5P3FO12反應的質量為1000kg×50.4%×80%=403.2kg，物質的量為=800mol，則理論上可生產KH2PO4的質量為800mol×136g/mol×3=326400g=326.4kg。