Question

【題目】利用氟磷灰石[主要成分Ca5(PO4)3F生產磷酸主要有熱法和濕法兩種方法。其流程如下：

熱法：工業上將氟磷灰石、焦炭和石英砂(SiO2)混合后，在電爐中加熱到1500℃生成白磷(P4)、SiF4、CO，白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，再經水化制成粗磷酸。

濕法：武漢化工研究院為技術攻關，實驗室模擬生產磷酸的流程。

(1)配平步驟I反應的化學方程式：

____Ca5(PO4)3F+ ____C+ ____SiO2=____SiF4↑+ ___P4+____CO↑+____CaSiO3。其中氧化劑是______。

(2)濕法中粉碎氟磷灰石的目的是___________。

(3)浸取槽中發生反應的化學方程式________；浸取槽不能使用玻璃器皿的原因___________。

(4)探究中發現，65℃、一定流速下鼓氣(鼓氣可減少鹽酸與氟磷灰石礦反應過程中液面的泡沫，利于HF逸出)，并通過控制鹽酸的用量減少后續除氟工藝。其他條件不變，鹽酸實際用量/理論用量與所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率如圖所示。

①選擇鹽酸用量：鹽酸實際用量/理論用量的范圍為________(填字母代號)時磷酸浸取率較高且氟含量較低。

A．0.95~1.00 B．1.00~1.05

C. 1.05~1.10 D．1.15~1.20

②鹽酸稍過量，氟含量降低的原因是___________。

③鹽酸過量較多，氟含量快速增加的可能原因是___________。

(5)通過雙指示劑方法測定浸取液中鹽酸和磷酸的濃度。實驗如下：每次取10.0mL浸取液，用1.0 mol·L－1NaOH溶液滴定，分別用不同的指示劑，滴定結果見表。含磷微粒在不同pH下物質的量分數如圖所示。(甲基橙的變色范圍為3.1～4.4，百里酚酞的變色范圍為9.4~10.6)

則浸取液中c(HCl)=___________mol·L－1。

Answer 1

【答案】4 30 21 1 3 30 20 Ca5(PO4)3F 增大接觸面積，提高反應速率，提高浸取率 Ca5 (PO4)3 F +10HCl=3H3PO4+5CaCl2+HF 玻璃會被氫氟酸腐蝕 C 氫氟酸為弱酸，酸稍過量，抑制其電離，形成氣體逸出 隨著酸過量較多，反應速率加快，產生大量的泡沫，不利于HF的逸出 2.17

【解析】

(1)氟磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時逸出SiF4和CO，根據氧化還原反應的規律書寫并配平方程式；

(2)流程中將氟磷灰石粉碎，可增大氟磷灰石與稀硫酸反應的接觸面積，據此分析解答；

(3)氟磷灰石、濃鹽酸在浸取槽中復分解反應，結合生成的性質分析解答；

(4)①根據圖像，分析所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率較高且氟含量較低的鹽酸實際用量/理論用量；

②氫氟酸為弱酸，根據影響弱電解質電離的因素分析解答；

③根據題意，減少反應過程中液面的泡沫，利于HF逸出，據此分析解答；

(5)根據含磷微粒在不同pH下物質的量分布圖，在pH=4左右時，溶液中主要以H2PO4-存在，在pH=10左右時，溶液中主要以HPO42-存在，分析判斷用10 mol·L－1NaOH溶液滴定浸取液中鹽酸和磷酸的濃度過程中，用甲基橙作指示劑和用百里酚酞作指示劑時發生的反應，然后列式計算。

(1)氟磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時逸出SiF4和CO，該反應的化學方程式為4Ca5P3FO12+30C +21SiO2 SiF4↑+3P4+ 30CO↑+20CaSiO3，反應中C的化合價升高，C為還原劑，Ca5P3FO12中P元素的化合價降低，Ca5P3FO12為氧化劑，故答案為：4；30；21；1；3；30；20；Ca5P3FO12；

(2)流程中將氟磷灰石粉碎，可增大氟磷灰石與稀硫酸反應的接觸面積，加快化學反應速率，提高浸取率，故答案為：增大氟磷灰石與稀硫酸反應的接觸面積，加快化學反應速率，提高浸取率；

(3)根據濕法流程圖，氟磷灰石、濃鹽酸在浸取槽中復分解反應，反應的化學方程式為Ca5 (PO4)3 F +10HCl=3H3PO4+5CaCl2+HF，反應生成了氫氟酸，氫氟酸能夠腐蝕玻璃，因此浸取槽不能使用玻璃器皿，故答案為：Ca5 (PO4)3 F +10HCl=3H3PO4+5CaCl2+HF；玻璃會被氫氟酸腐蝕；

(4)①根據圖像，鹽酸實際用量/理論用量為1.05~1.10時所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率較高且氟含量較低，故選C；

②鹽酸稍過量，即鹽酸實際用量/理論用量稍大于1，由于氫氟酸為弱酸，酸稍過量，抑制其電離，形成氣體逸出，導致氟含量降低，故答案為：氫氟酸為弱酸，酸稍過量，抑制其電離，形成氣體逸出；

③根據題意，鼓氣可減少鹽酸與氟磷灰石礦反應過程中液面的泡沫，利于HF逸出，當鹽酸過量較多時，反應速率加快，產生大量的泡沫，反而不利于HF的逸出，會造成氟含量快速增加，故答案為：隨著酸過量較多，反應速率加快，產生大量的泡沫，不利于HF的逸出；

(5)根據含磷微粒在不同pH下物質的量分布圖，在pH=4左右時，溶液中主要以H2PO4-存在，在pH=10左右時，溶液中主要以HPO42-存在，因此用10 mol·L－1NaOH溶液滴定浸取液中鹽酸和磷酸的濃度過程中，用甲基橙作指示劑時，氫氧化鈉與鹽酸反應生成氯化鈉，與磷酸反應生成磷酸二氫鈉，用百里酚酞作指示劑時，氫氧化鈉與磷酸二氫鈉反應生成磷酸一氫鈉。

設鹽酸的濃度為x，磷酸的濃度為y，則有y×0.01L=(0.0329-0.0273)L×1.0 mol/L，0.0273L×1.0 mol/L= y×0.01L+x×0.01L，解得x=2.17 mol/L，y=0.56 mol/L，故答案為：2.17。