Question

【题目】磷酸铝(AlPO4)是一种用途广泛的材料，在建筑、耐火材料、化工等方面具有广泛的应用前景。以磷硅渣（主要成分为Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等）为原料制备磷酸铝的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）酸浸液中含磷元素的主要粒子是_____(填化学式，下同)，浸渣中的主要化学成分是_____。

（2）生石灰除了调节pH外，另一作用是_____。

（3）滤液中钒元素以V3O93-形式存在，V3O93-易水解为[VO3(OH)]2-，该水解反应的离子方程式为_____。

（4）碱浸时，粗磷酸铝转化为可溶性溶质，则可溶性溶质分别是_____ (填化学式)。

（5）实验测得pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图所示：

则最优反应条件是_____。

（6）固相反应制备磷酸铝的方法之一是在900℃的焙烧炉内加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物，写出该反应的化学方程式：_____。

Answer 1

【答案】H3PO4 SiO2、CaSO4 除去过量的SO42- V3O93-+3H2O3[VO3(OH)]2-＋3H+ Na[Al(OH)4]、Na3PO4 pH=12、温度为80℃、时间为1h Al2O3＋2NH4H2PO42AlPO4＋2NH3↑＋3H2O

【解析】

磷硅渣的主要成分为Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等，加浓硫酸分离出滤渣为SiO2、CaSO4，酸浸液中加CaO可调节pH且除去过量硫酸根离子，滤渣1为CaSO4，滤液中钒元素以V3O93-形式存在，加NaOH分离出Na2[VO3(OH)]，再加NaOH时粗磷酸铝溶解生成可溶性溶质为NaAlO2、Na3PO4，由图可知，pH＝12、温度为80℃、时间为1h时碱浸时固相中P、Al含量w%小，为最优反应条件，然后过滤分离出AlPO4；

(1)SiO2为酸性氧化物，不与硫酸反应；CaSO4微溶于水，据此回答；

(2)加浓硫酸引人过量的硫酸根离子，CaSO4微溶于水，据此回答；

(3)滤液中钒元素以V3O93-形式存在，V3O93-易水解为[VO3(OH)]2；

(4)加NaOH时粗磷酸铝溶解生成可溶性溶质为NaAlO2、Na3PO4；

(5)在pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图中，寻找碱浸时固相中P、Al 含量w%小时就为最优反应条件；

(6)加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物生成AlPO4、NH3和H2O。

(1)酸浸中磷元素主要转化为H3PO4，该反应的化学方程式为Ca3(PO4)2＋3H2SO4＝3CaSO4＋2H3PO4，磷硅渣的主要成分为Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等，加浓硫酸分离出滤渣为SiO2、CaSO4；

(2)生石灰除了调节pH 外，另一作用是除去过量的硫酸根离子；

(3)滤液中钒元素以V3O93-形式存在，V3O93-易水解为[VO3(OH)]2，该水解反应的离子方程式为V3O93-+3H2O3[VO3(OH)]2-＋3H+；

(4)碱浸时，粗磷酸铝转化为可溶性溶质，则可溶性溶质分别是Na[Al(OH)4]、Na3PO4；

(5)由图可知，pH＝12、温度为80℃、时间为1h时碱浸时固相中P、Al 含量w%小，为最优反应条件；

(6)加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物生成AlPO4、NH3和H2O，化学方程式为：Al2O3＋2NH4H2PO42AlPO4＋2NH3↑＋3H2O.