Question

【題目】磷精礦濕法制備磷酸的一種工藝流程如下：

已知：磷精礦主要成分為Ca5(PO4)3(OH)，還含有Ca5(PO4)3F和有機碳等。溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O

（1）上述流程中能加快反應速率的措施有___。

（2）磷精礦粉酸浸時發生反應：2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4

①該反應體現出酸性關系：H3PO4___H2SO4（填“>”或“<”）。

②結合元素周期律解釋①中結論：P和S電子層數相同，___。

（3）酸浸時，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉化為HF，并進一步轉化為SiF4除去。寫出生成HF的化學方程式：__。

（4）H2O2將粗磷酸中的有機碳氧化為CO2脫除，同時自身也會發生分解。相同投料比、相同反應時間，不同溫度下的有機碳脫除率如圖所示。80℃后脫除率變化的原因：___。

（5）脫硫時，CaCO3稍過量，充分反應后仍有SO42－殘留，加入BaCO3可進一步提高硫的脫除率，其離子方程式是__。

Answer 1

【答案】研磨、加熱 < 核電荷數P<S，原子半徑P>S，得電子能力P<S，非金屬性P<S 2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O＝10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑ 80℃后，H2O2分解速率大，濃度顯著降低 BaCO3+SO42－+2H3PO4＝BaSO4+CO2↑+H2O+2H2PO4－

【解析】

(1)常用加快化學反應速率的措施有研磨，加熱，溶解時攪拌等；

(2)①根據反應方程式，是由H2SO4參加反應得到H3PO4，是由強酸制取弱酸；

②H3PO4和H2SO4均為最高價含氧酸，主要可從P和S的非金屬性角度考慮，S的非金屬性強于P，可以使O上電子云密度降低更大，繼而導致H+更易電離，H+越易電離，含氧酸酸性越強；

(3)酸浸時，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉化為HF，反應過程為Ca5(PO4)3F和H2SO4反應，生成CaSO4H2O，H3PO4和HF，據此寫出反應方程式；

(4)根據圖象，80℃前隨著溫度升高，有機碳脫除率增大，80℃后隨著溫度升高，有機碳脫除率降低，考慮H2O2受熱分解，導致H2O2濃度降低影響有機碳的脫除率；

(5)脫硫過程是加入CaCO3發生反應，脫硫時，CaCO3稍過量，與多余的硫酸反應生成CaSO4，而CaSO4微溶，所以充分反應后仍有SO42-殘留，加入BaCO3可進一步提高硫的脫除率，由于BaCO3參加反應轉化生成難溶的BaSO4，在沉淀轉化的反應基礎之上發生進一步反應促使正向進行程度增大，據此分析。

(1)常用加快化學反應速率的措施有研磨，加熱，溶解時攪拌等。故答案為：研磨，加熱；

(2)①根據反應方程式，是由H2SO4參加反應得到H3PO4，是由強酸制取弱酸，因此酸性強弱為：H3PO4＜H2SO4；

②H3PO4和H2SO4均為最高價含氧酸，主要可從P和S的非金屬性角度考慮，S的非金屬性強于P，可以使O上電子云密度降低更大，繼而導致H+更易電離，H+越易電離，含氧酸酸性越強，可以簡單解釋為：P的半徑大于S，P的非金屬性小于S，所以H3PO4的酸性小于H2SO4的酸性；

(3)酸浸時，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉化為HF，反應過程為Ca5(PO4)3F和H2SO4反應，生成CaSO4H2O，H3PO4和HF，所以化學反應方程式為：2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO4H2O+6H3PO4+2HF；

(4)根據圖象，80℃前隨著溫度升高，有機碳脫除率增大，80℃后隨著溫度升高，有機碳脫除率降低，考慮H2O2受熱分解，導致H2O2濃度降低影響有機碳的脫除率，所以可以解釋為：溫度高于80℃時，H2O2的分解速率加快，導致H2O2的濃度降低，也就導致有機碳脫除率下降；

(5)加入BaCO3可進一步提高硫的脫除率，由于BaCO3參加反應轉化生成難溶的BaSO4，BaSO4相對于CaSO4溶解度更低，可使溶液中SO42-濃度更低，考慮到沉淀轉化的反應效率較低，所以進一步提高硫的脫除率則是考慮在沉淀轉化反應的基礎上發生效率更高的反應，促使沉淀反應的進行，沉淀轉化反應為：BaCO3+SO42-BaSO4+CO32-，此時溶液中磷酸具有一定的酸性，可以繼續發生反應生成CO2，于是整個反應的熵增，正向進行的程度更大，可以達到進一步脫除率的效果，綜合考慮則離子方程式為：BaCO3+SO42-+H3PO4═BSO4+CO2↑+H2O+H2PO4-。