Question

5．磷礦石主要以磷酸鈣[Ca₃（PO₄）₂•H₂O]和磷灰石[Ca₅F（PO₄）₃，Ca₅（OH）（PO₄）₃]等形式存在，圖（a）為目前國際上磷礦石利用的大致情況，其中濕法磷酸是指磷礦石用過量硫酸分解制備磷酸，圖（b）是熱法磷酸生產(chǎn)過程中由磷灰石制單質(zhì)磷的流程：

部分物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)如下：

	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃	備注
白磷	44	280.5
PH3	-133.8	-87.8	難溶于水、有還原性
SiF4	-90	-86	易水解

回答下列問題：
（1）世界上磷礦石最主要的用途是生產(chǎn)含磷肥料，約占磷礦石使用量的69%；
（2）以磷礦石為原料，濕法磷酸過程中Ca₅F（PO₄）₃反應(yīng)化學(xué)方程式為：Ca₅F（PO₄）₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF↑．現(xiàn)有1t折合含有P₂O₅約30%的磷灰石，最多可制得到85%的商品磷酸0.49t．
（3）如圖（b）所示，熱法磷酸生產(chǎn)過程的第一步是將SiO₂、過量焦炭與磷灰石混合，高溫反應(yīng)生成白磷．爐渣的主要成分是CaSiO₃（填化學(xué)式）．冷凝塔1的主要沉積物是液態(tài)白磷，冷凝塔2的主要沉積物是固態(tài)白磷．
（4）尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等．將尾氣先通入純堿溶液，可除去SiF₄、H₂S、HF；再通入次氯酸鈉溶液，可除去PH₃．（均填化學(xué)式）
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復(fù)雜，能耗高，但優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度高．

Answer 1

分析 （1）由圖（a）可知生產(chǎn)含磷肥料，約占磷礦石使用量的比例為：4%+96%×85%×80%=69%；
（2）以磷礦石為原料，用過量的硫酸溶解Ca₅F（PO₄）₃可制得磷酸，根據(jù)質(zhì)量守恒書寫化學(xué)方程式；根據(jù)P元素守恒可得關(guān)系式P₂O₅～2H₃PO₄，依據(jù)此關(guān)系式計(jì)算；
（3）將SiO₂、過量焦炭與磷灰石混合，高溫除了反應(yīng)生成白磷之外，得到的難溶性固體是CaSiO₃；根據(jù)冷卻塔1、2的溫度與白磷的熔點(diǎn)比較分析白磷的狀態(tài)；
（4）二氧化硅和HF反應(yīng)生成四氟化硅氣體，過量的焦炭不完全燃燒生成CO，因此在尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等；將尾氣通入純堿溶液，SiF₄、HF、H₂S與碳酸鈉反應(yīng)而除去，次氯酸具有強(qiáng)氧化性，可除掉強(qiáng)還原性的PH₃；
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝所得產(chǎn)品純度大．

解答 解：（1）由圖（a）可知生產(chǎn)含磷肥料，約占磷礦石使用量的比例為：4%+96%×85%×80%=69%，
故答案為：69；
（2）以磷礦石為原料，用過量的硫酸溶解Ca₅F（PO₄）₃可制得磷酸，根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca₅F（PO₄）₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF↑；
根據(jù)P元素守恒可得關(guān)系式P₂O₅～2H₃PO₄，142份P₂O₅可制取196份磷酸，1t折合含有P₂O₅約30%的磷灰石，含有P₂O₅的質(zhì)量為0.3t，所以可制得到85%的商品磷酸的質(zhì)量為$\frac{196×0.3t}{142×85%}$=0.49t，
故答案為：Ca₅F（PO₄）₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF↑；0.49；
（3）將SiO₂、過量焦炭與磷灰石混合，高溫除了反應(yīng)生成白磷之外，得到的難溶性固體是CaSiO₃；冷卻塔1的溫度是70℃，280.5℃＞t＞44℃，所以此時(shí)主要的沉積物是液態(tài)白磷；冷卻塔2的溫度是18℃，低于白磷的熔點(diǎn)，故此時(shí)的主要沉積物是固體白磷，
故答案為：CaSiO₃；液態(tài)白磷；固態(tài)白磷；
（4）二氧化硅和HF反應(yīng)生成四氟化硅氣體，過量的焦炭不完全燃燒生成CO，因此在尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等；將尾氣通入純堿溶液，SiF₄、HF、H₂S與碳酸鈉反應(yīng)而除去，次氯酸具有強(qiáng)氧化性，可除掉強(qiáng)還原性的PH₃，
故答案為：SiF₄、CO；SiF₄、H₂S、HF；PH₃；
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復(fù)雜，能耗高，但是所得產(chǎn)品純度大，雜質(zhì)少，因此逐漸被采用，
故答案為：產(chǎn)品純度高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，涉及磷礦石的主要用途、反應(yīng)原理和有關(guān)計(jì)算，該題是高考中的常見題型，試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對(duì)學(xué)生分析問題、解答問題能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹��?shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵．