Question

 [化學(xué)——選修2：化學(xué)與技術(shù)](15分)

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。

(a)

(b)

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________%。

(2)以磷灰石為原料，濕法磷酸過程中Ca₅F(PO₄)₃反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。

現(xiàn)有1 t折合含有P₂O₅約30%的磷灰石，最多可制得85%的商品磷酸________t。

(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________(填化學(xué)式)，冷凝塔1的主要沉積物是________，冷凝塔2的主要沉積物是________。

(4)尾氣中主要含有____________________，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等。將尾氣先通入純堿溶液，可除去____________；再通入次氯酸鈉溶液，可除去________。(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________________________________________________________________________。

Answer 1

(1)69　(2)Ca₅F(PO₄)₃＋5H₂SO₄===3H₃PO₄＋5CaSO₄＋HF↑　0.49　(3)CaSiO₃　液態(tài)白磷　固態(tài)白磷　(4)SiF₄、CO　SiF₄、HF、H₂S　PH₃　(5)產(chǎn)品純度高(濃度大)

[解析] (1)設(shè)磷礦石的質(zhì)量為m，結(jié)合圖(a)可知轉(zhuǎn)化成磷肥的磷礦石的質(zhì)量為96%m×85%×80%，轉(zhuǎn)化成礦粉肥的質(zhì)量為4%m，則用于生產(chǎn)含磷肥料的磷礦石約占磷礦石使用量的69%。(2)濕法磷肥中Ca₅F(PO₄)₃與H₂SO₄的反應(yīng)為Ca₅F(PO₄)₃＋5H₂SO₄===3H₃PO₄＋5CaSO₄＋HF↑。根據(jù)P₂O₅～2H₃PO₄和0.3 t P₂O₅可求出制得85%的H₃PO₄約為0.49 t。(3)圖(b)所示工藝中，第一步所得爐渣主要成分為CaSiO₃，結(jié)合表格中數(shù)據(jù)信息可確定冷凝塔1和冷凝塔2的主要沉積物分別為液態(tài)白磷和固態(tài)白磷。(4)尾氣中含有SiF₄、CO和PH₃、H₂S、HF等，將其通入純堿溶液中可除去氣體SiF₄、H₂S和HF，再通入NaClO溶液可除去具有還原性的PH₃氣體。(5)結(jié)合圖(a)和圖(b)可知圖(b)具有產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)。