Question

【题目】磷酸二氢钾(KH2PO4)是一种大型非线性光学晶体，在未来能源领域——“人造太阳”计划中有重要作用.以氯磷灰石（主要成分为Ca5(PO4)3Cl，还含有少量Al2O3、Fe2O3等杂质）为原料制备KH2PO4的一种工艺流程如图所示：

已知：①离子完全沉淀时的pH为Fe3+：3.5，Al3+：5.2.

②Ca3(PO4)2与CaHPO4均难溶于水，Ca(H2PO4)2能溶于水

(1)已知“酸浸”时发生反应的化学方程式为，该反应体现了浓硫酸的______________________性和___________________性.

(2)如果将原料改为氟磷灰石，则“酸浸”时不能使用玻璃容器，原因是______________________.

(3)“反应Ⅱ”的化学方程式为________________________________________.

(4)常温下磷酸的电离平衡常数、、，的电离常数、，则常温下KH2PO4水溶液显____________________(填“酸性”“碱性”或“中性”)；将少量磷酸滴入碳酸钠溶液中反应的离子方程式为______________________________.

(5)KH2PO4也可以通过如图所示装置电解制备：

则阳极的电极反应式为___________________.假如通电前a、b两室溶液的质量相等，若有2NA个K+通过交换膜，则两室溶液的质量差为__________________g.

Answer 1

【答案】强酸 难挥发 生成的HF会与玻璃中的SiO2反应 K2SO4+Ca(H2PO4)2=2KH2PO4+CaSO4↓ 酸性 H3PO4+2CO=HPO+2HCO+H2O 2Clˉ-2eˉ=Cl2↑ 225g

【解析】

氯磷灰石[主要成分为Ca5(PO4)3Cl，还含有少量Al2O3、Fe2O3等杂质]粉碎，加入浓硫酸酸浸，并加热，生成HCl气体，过滤得到微溶物硫酸钙，滤液含有磷酸、硫酸铁、硫酸铝等，加入碳酸钙调节pH，生成氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，过滤在得到的滤液中加入硫酸钾，生成硫酸钙，同时生成KH2PO4，经系列操作得到KH2PO4晶体，以此解答该题。

(1)该反应中生成磷酸体现了浓硫酸的强酸性，生成HCl体现了浓硫酸的难挥发性；

(2)根据酸浸时发生的反应可知若将原料改为氟磷灰石会生成HF，而HF会与玻璃中的SiO2发生反应，所以不能使用玻璃容器；

(3)根据所给条件“Ca3(PO4)2与CaHPO4均难溶于水，Ca(H2PO4)2能溶于水”可知加入硫酸钾前溶液中的溶质主要为Ca(H2PO4)2，所以“反应II”的化学方程式为K2SO4+Ca(H2PO4)2=2KH2PO4+CaSO4↓；

(4)KH2PO4溶液中存在H2PO的电离和水解，其电离平衡常数为Ka2=6.3×10-8，其水解平衡常数Kh==1.4×10-12<6.3×10-8，即电离程度更大，所以溶液显酸性；根据题意可知酸性：H3PO4>H2CO3>H2PO>HCO>HPO，所以将少量磷酸滴入碳酸钠溶液中反应的离子方程式为H3PO4+2CO=HPO+2HCO+H2O；

(5)该装置需要制备KH2PO4，所以电解过程中钾离子要向左侧移动，则左侧为阴极，右侧为阳极，阳极的电解质溶液为KCl溶液，所以氯离子在阳极放电生成氯气，电极反应式为：2Clˉ-2eˉ=Cl2↑；左侧为阴极，氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，通电前两室质量相等，若有2NA个K+通过交换膜，即右室有2molK+进入左室，根据电极反应式可知同时右室生成1mol氯气，左室生成1mol氢气，则两室溶液的质量差为39g/mol×4mol+71g/mol×1mol-2g/mol×1mol=225g。