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(fā)生反應：

2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4

①該反應體現(xiàn)出酸性關(guān)系：H3PO4__________H2SO4（填“>”或“<”）。

②結(jié)合元素周期律解釋①中結(jié)論：P和S電子層數(shù)相同，__________。

（3）酸浸時，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉(zhuǎn)化為HF，并進一步轉(zhuǎn)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(fā)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，原因是__________；加入BaCO3可進一步提高硫的脫除率，其離子方程式是____________________。

（6）取a g所得精制磷酸，加適量水稀釋，以百里香酚酞作指示劑，用b mol·L1NaOH溶液滴定至終點時生成Na2HPO4，消耗NaOH溶液c mL，精制磷酸中H3PO4的質(zhì)量分數(shù)是________。（已知：H3PO4摩爾質(zhì)量為98 g·mol1）

Answer 1

【答案】 研磨、加熱 ＜ 核電荷數(shù)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+5H2O10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑ 80 ℃后，H2O2分解速率大，濃度顯著降低 CaSO4微溶 BaCO3++2H3PO4BaSO4+CO2↑+H2O+2

【解析】分析：磷精礦粉酸浸后生成粗磷酸和磷石膏，粗磷酸經(jīng)過脫有機碳、脫硫等步驟獲得精制磷酸。

（1）根據(jù)外界條件對化學反應速率的影響分析，流程中能加快反應速率的措施有：研磨、加熱。

（2）①根據(jù)“強酸制弱酸”的復分解反應規(guī)律，酸性：H3PO4H2SO4。

②用元素周期律解釋，P和S電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)PS，原子半徑PS，得電子能力PS，非金屬性PS。

（3）根據(jù)“強酸制弱酸”的復分解反應規(guī)律，Ca5（PO4）3F與H2SO4反應生成HF、磷石膏和磷酸。

（4）圖示是相同投料比、相同反應時間，不同溫度下的有機碳脫除率，80℃前溫度升高反應速率加快，相同時間內(nèi)有機碳脫除率增大；80℃后溫度升高，H2O2分解速率大，H2O2濃度顯著降低，反應速率減慢，相同條件下有機碳脫除率減小。

（5）脫硫時，CaCO3稍過量，充分反應后仍有SO42-殘留，原因是：CaSO4微溶于水。加入BaCO3可進一步提高硫的脫除率，因為BaSO4難溶于水，反應的離子方程式為BaCO3+SO42-+2H3PO4=BaSO4+CO2↑+2H2PO4-+H2O。

（6）根據(jù)題意關(guān)系式為H3PO4~2NaOH，由消耗的NaOH計算H3PO4。

詳解：（1）研磨能增大反應物的接觸面積，加快反應速率，加熱，升高溫度加快反應速率；流程中能加快反應速率的措施有：研磨、加熱。

（2）①根據(jù)“強酸制弱酸”的復分解反應規(guī)律，酸性：H3PO4H2SO4。

②用元素周期律解釋酸性：H3PO4H2SO4，P和S電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)PS，原子半徑PS，得電子能力PS，非金屬性PS。

（3）根據(jù)“強酸制弱酸”的復分解反應規(guī)律，Ca5（PO4）3F與H2SO4反應生成HF、磷石膏和磷酸，生成HF的化學方程式為2Ca5（PO4）3F+10H2SO4+5H2O10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑。

（4）圖示是相同投料比、相同反應時間，不同溫度下的有機碳脫除率，80℃前溫度升高反應速率加快，相同時間內(nèi)有機碳脫除率增大；80℃后溫度升高，H2O2分解速率大，H2O2濃度顯著降低，反應速率減慢，相同條件下有機碳脫除率減小。

（5）脫硫時，CaCO3稍過量，充分反應后仍有SO42-殘留，原因是：CaSO4微溶于水。加入BaCO3可進一步提高硫的脫除率，因為BaSO4難溶于水，其中SO42-與BaCO3生成更難溶的BaSO4和CO32-，H3PO4的酸性強于H2CO3，在粗磷酸中CO32-轉(zhuǎn)化成H2O和CO2，反應的離子方程式為BaCO3+SO42-+2H3PO4=BaSO4+CO2↑+2H2PO4-+H2O。

（6）滴定終點生成Na2HPO4，則消耗的H3PO4與NaOH物質(zhì)的量之比為1：2，n（H3PO4）=n（NaOH）=bmol/Lc10-3L=mol，m（H3PO4）=mol98g/mol=g=0.049bcg，精制磷酸中H3PO4的質(zhì)量分數(shù)為。