Question

【題目】Ca10(PO4)6(OH)2(羥基磷酸鈣，簡寫HAP)是一種新型的環境功能礦物材料，可用于除去水體中的F-、Cd2+、Pb2+及Cu2+等。

（1）制備HAP的步驟如下：分別配制250mL濃度均為0.5 mol·L-1的Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液(pH約為8)，按n(Ca)/n(P)=1.67分別量取相應體積的溶液，加熱至50℃,不斷攪拌下，按特定的方式加料，強力攪拌1h,再經后續處理得到產品。

①特定的加料方式是__________ (填序號)。

a．將Ca(NO3)2溶液逐滴滴入(NH4)2HPO4溶液中，再用氨水調節pH至10.5

b．將(NH4)2HPO4溶液逐滴滴入Ca(NO3)2溶液中，再用氨水調節pH至10.5

c．將(NH4)2HPO4溶液和氨水混合并調節pH至10.5，再滴入Ca(NO3)2溶液

②反應生成Ca10(PO4)6(OH)2的離子方程式為__________。

（2）HAP脫除F-的操作是：在聚四氟乙烯燒杯中加入50mL10mg·L-1NaF溶液和0.15gCa10(PO4)6(OH)2,在恒溫下振蕩，每隔1h測定一次溶液中F-濃度，直至達到吸附平衡。

①實驗中“燒杯”材質用“聚四氟乙烯”塑料而不用玻璃，其原因是__________。

②除氟反應形式之一是：Ca10(PO4)6(OH)2+20F-10CaF2+6PO43-+2OH-，該反應的平衡常數K=__________[用Ksp(CaF2)和Ksp(HAP)表示]。

（3）HAP脫除Pb(Ⅱ)包括物理吸附和溶解-沉淀吸附。物理吸附時，HAP的特定位可吸附溶液中某些陽離子;溶解-沉淀吸附的機理為：

Ca10(PO4)6(OH)2(s)+2H+(aq)10Ca2+(aq)+6PO43-(aq)+2H2O(l)(溶解)

10Pb2+(aq)+6PO43-(aq)+2H2O(l)Pb10(PO4)6(OH)2(s)+2H+(aq)(沉淀)

已知Pb(Ⅱ)的分布分數如圖-1所示;一定條件下HAP對Pb(1)平衡吸附量與pH的關系如圖-2所示。

①能使甲基橙顯紅色的Pb(Ⅱ)溶液中滴入少量NaOH至溶液呈中性，該過程中主要反應的離子方程式為__________。

②當pH<3.0時，pH越小HAP對Pb(Ⅱ)平衡吸附量稍減小，其原因是__________。

③當pH>7.0時，生成的沉淀為__________(填化學式);此時pH越大HAP對Pb(Ⅱ)平衡吸附量越小，其原因是__________。

Answer 1

【答案】 b 10Ca2++6HPO42-+8NH3·H2OCa10(PO4)6(OH)2↓+8NH4++6H2O 防止F-及其水解生成的HF與玻璃中SiO2反應 Ksp(HAP)/K10sp(CaF2) Pb2++OH-=Pb(OH)+ 溶液中c(H+)大，大量H+占據HAP對Pb2+的吸附位，物理吸附能力減弱 Pb10(PO4)6(OH)2和Pb(OH)2 c(H+)減小，會減少HAP在溶液中的溶解量，便生成的c(PO43-)減小，溶解-沉淀吸附能力減弱且改變了吸附機理

【解析】（1）①特定的加料方式是將(NH4)2HPO4溶液逐滴滴入Ca(NO3)2溶液中，防止發生雙水解而產生磷酸鈣等雜質，再用氨水調節pH至10.5，答案選b；②(NH4)2HPO4 、Ca(NO3)2及NH3·H2O反應生成Ca10(PO4)6(OH)2的離子方程式為10Ca2++6HPO42-+8NH3·H2OCa10(PO4)6(OH)2↓+8NH4++6H2O；（2）①防止F-及其水解生成的HF與玻璃中SiO2反應，故實驗中“燒杯”材質用“聚四氟乙烯”塑料而不用玻璃；②反應Ca10(PO4)6(OH)2+20F-10CaF2+6PO43-+2OH-的平衡常數K= ；（3）①能使甲基橙顯紅色的Pb(Ⅱ)溶液中滴入少量NaOH至溶液呈中性，該過程中主要反應是Pb2+與OH-反應轉化為Pb(OH)+，反應的離子方程式為Pb2++OH-=Pb(OH)+；②當pH<3.0時，pH越小HAP對Pb(Ⅱ)平衡吸附量稍減小，其原因是溶液中c(H+)大，大量H+占據HAP對Pb2+的吸附位，物理吸附能力減弱；③由圖中信息可知，當pH>7.0時，生成的沉淀為Pb10(PO4)6(OH)2和Pb(OH)2；此時pH越大HAP對Pb(Ⅱ)平衡吸附量越小，其原因是c(H+)減小，會減少HAP在溶液中的溶解量，便生成的c(PO43-)減小，溶解-沉淀吸附能力減弱且改變了吸附機理。