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18.磷矿石主要以磷酸钙[Ca3(PO42•H2O]和磷灰石[Ca5F(PO43,Ca5(OH)(PO43]等形式存在,图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况,其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸,图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程:

部分物质的相关性质如下:
熔点/℃沸点/℃备注
白磷44280.5
PH3-133.8-87.8难溶于水、有还原性
SiF4-90-86易水解
回答下列问题:
(1)世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料,约占磷矿石使用量的69%;
(2)以磷矿石为原料,湿法磷酸过程中Ca5F(PO43反应化学方程式为:Ca5F(PO43+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑.现有1t折合含有P2O5约30%的磷灰石,最多可制得到85%的商品磷酸0.49t.
(3)如图(b)所示,热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合,高温反应生成白磷.炉渣的主要成分是CaSiO3(填化学式).冷凝塔1的主要沉积物是液态白磷,冷凝塔2的主要沉积物是固态白磷.
(4)尾气中主要含有SiF4、CO,还含有少量的PH3、H2S和HF等.将尾气先通入纯碱溶液,可除去SiF4、H2S、HF;再通入次氯酸钠溶液,可除去PH3.(均填化学式)
(5)相比于湿法磷酸,热法磷酸工艺复杂,能耗高,但优点是产品纯度高.

分析 (1)由图(a)可知生产含磷肥料,约占磷矿石使用量的比例为:4%+96%×85%×80%=69%;
(2)以磷矿石为原料,用过量的硫酸溶解Ca5F(PO43可制得磷酸,根据质量守恒书写化学方程式;根据P元素守恒可得关系式P2O5~2H3PO4,依据此关系式计算;
(3)将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合,高温除了反应生成白磷之外,得到的难溶性固体是CaSiO3;根据冷却塔1、2的温度与白磷的熔点比较分析白磷的状态;
(4)二氧化硅和HF反应生成四氟化硅气体,过量的焦炭不完全燃烧生成CO,因此在尾气中主要含有SiF4、CO,还含有少量的PH3、H2S和HF等;将尾气通入纯碱溶液,SiF4、HF、H2S与碳酸钠反应而除去,次氯酸具有强氧化性,可除掉强还原性的PH3
(5)相比于湿法磷酸,热法磷酸工艺所得产品纯度大;

解答 解:(1)由图(a)可知生产含磷肥料,约占磷矿石使用量的比例为:4%+96%×85%×80%=69%,
故答案为:69;
(2)以磷矿石为原料,用过量的硫酸溶解Ca5F(PO43可制得磷酸,根据质量守恒定律可得反应的化学方程式为Ca5F(PO43+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑;
根据P元素守恒可得关系式P2O5~2H3PO4,142份P2O5可制取196份磷酸,1t折合含有P2O5约30%的磷灰石,含有P2O5的质量为0.3t,所以可制得到85%的商品磷酸的质量为$\frac{196×0.3t}{142×85%}$=0.49t,
故答案为:Ca5F(PO43+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑;0.49;
(3)将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合,高温除了反应生成白磷之外,得到的难溶性固体是CaSiO3;冷却塔1的温度是70℃,280.5℃>t>44℃,所以此时主要的沉积物是液态白磷;冷却塔2的温度是18℃,低于白磷的熔点,故此时的主要沉积物是固体白磷,
故答案为:CaSiO3;液态白磷;固态白磷;
(4)二氧化硅和HF反应生成四氟化硅气体,过量的焦炭不完全燃烧生成CO,因此在尾气中主要含有SiF4、CO,还含有少量的PH3、H2S和HF等;将尾气通入纯碱溶液,SiF4、HF、H2S与碳酸钠反应而除去,次氯酸具有强氧化性,可除掉强还原性的PH3
故答案为:SiF4、CO;SiF4、H2S、HF;PH3
(5)相比于湿法磷酸,热法磷酸工艺复杂,能耗高,但是所得产品纯度大,杂质少,因此逐渐被采用,
故答案为:产品纯度高.

点评 本题考查了化工生产流程图,涉及磷矿石的主要用途、反应原理和有关计算,该题是高考中的常见题型,题目难度中等,侧重对学生分析问题、解答问题能力的培养.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

4.从蛋白质水解产物中分离出一种氨基酸,经分析分子中只含有1个氮原子.0.19g此种氨基酸完全燃烧生成15.95mL N2(标准状况),求该氨基酸的含氮量和相对分子质量.若19.95g该氨基酸恰好和100mL 1.5mol•L-1 Ba(OH)2溶液中和,试写出其结构简式.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位.
(1)工业制硫酸时所用硫铁矿的主要成分为FeS2,其中硫元素的化合物为-1.
(2)硫酸的最大消费渠道是化肥工业,用硫酸制造的常见化肥有硫酸铵(或硫酸钾或过磷酸钙等)(任写一种).
(3)硫酸生产中,根据化学平衡原理来确定的条件或措施有D(填写序号).
A.矿石加入沸腾炉之前先粉碎        B.使用V2O5作催化剂
C.转化器中使用适宜的温度          D.净化后的炉气中要有过量的空气
E.催化氧化在常压下进行            F.吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3
(4)在硫酸工业中,通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫:
2SO2(g)+O2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2SO3(g)△H=-98.3kJ•mol-1
在实际工业生产中,常采用“二转二吸法”,即将第一次转化生成的SO2分离后,将未转化的SO2进行二次转化,假若两次SO2的转化率均为95%,则最终SO2的转化率为99.75%.
(5)硫酸的工业制法过程涉及三个主要的化学反应及相应的设备(沸腾炉、转化器、吸收塔)).
①三个设备分别使反应物之间或冷热气体间进行了“对流”.请简单描述吸收塔中反应物之间是怎样对流的.
SO3从吸收塔底部进入,吸收剂(浓硫酸)从顶部下淋,形成对流.
②工业生产中常用氨-酸法进行尾气脱硫,以达到消除污染、废物利用的目的.用化学方程式表示其反应原理.(只写出2个方程式即可)SO2+NH3+H2O═NH4HSO3、2NH4HSO3+H2SO4═(NH42SO4+2H2O+2SO2↑或SO2+2NH3+H2O═(NH42SO3、(NH42SO3+H2SO4═(NH42SO4+H2O+SO2↑.
(6)实验室可利用硫酸厂炉渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4•7H2O),聚铁的化学式为[Fe2(OH)n(SO43-0.5n]m,制备过程如图所示,下列说法正确的是AB.

A.炉渣中FeS与硫酸和氧气的反应的离子方程式为:4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O
B.气体M的成分是SO2,通入双氧水得到硫酸,可循环使用
C.向溶液X中加入过量铁粉,充分反应后过滤得到溶液Y,再将溶液Y蒸发结晶即可得到绿矾
D.溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数,若其pH偏小,将导致聚铁中铁的质量分数偏大.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

6.下列说法中,正确的是(  )
A.反应是放热反应还是吸热反应,由生成物与反应物的焓值差决定
B.升高温度,可以改变化学反应的反应热
C.△H的大小与热化学方程式中的化学计量数无关
D.1 mol H2在足量Cl2中完全燃烧所放出的热量,是H2的燃烧热

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.下列有关说法正确的是(  )
A.CaCO3(s)═CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的△H<0
B.一个化学反应的△H与实际参加化学反应的物质的多少无关,而与热化学方程式的计量系数有关
C.中和热测定实验中,将碱溶液分多次缓慢加入酸溶液中可减小实验误差
D.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀采用的是牺牲阳极的阴极保护法,属于电解原理

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.下列说法或表示方法正确的是(  )
A.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出的热量多
B.由C(石墨,s)═C(金刚石,s)△H=+11.9 kJ/mol可知,金刚石比石墨稳定
C.已知在稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)═H2O(l);△H=-57.3 kJ/mol.若将含0.5mol H2SO4的浓硫酸与含1 mol NaOH的稀溶液混合,放出的热量大于57.3 kJ
D.甲烷的标准燃烧热为890.3kJ•mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2 O2(g)═CO2(g)+2H2O (g)△H=-890.3kJ•mol-1

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

10.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应如图1:
(1)已知:
化学键C-HC-CC═CH-H
键能/kJ•mol-1X348612436
反应的△H=+124kJ•mol-1,X=412kJ•mol-1
(2)维持体系总压强p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应.已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K=$\frac{α{\;}^{2}}{(1-α{\;}^{2})}p$(用α等符号表示),在平衡体系中充入氖气反应速率将减小(填“增大”“减小”“不变”).
(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1:9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应.在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如图1:
①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实正反应为气体分子数增大的反应,保持压强不变,加入水蒸气,容器体积应增大,等效为降低压强,平衡向正反应方向移动.
②控制反应温度为600℃的理由是600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高,温度过低,反应速率较慢,转化率较低,温度过高,选择性下降,高温下可能失催化剂失去活性,且消耗能量较大.
(4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺--乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯.保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸汽工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2═CO+H2O,CO2+C═2CO.新工艺的特点有①②③④(填编号).
①CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气,可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利于CO2资源利用
(5)产物中另一种物质常用做燃料电池的材料,若电解质为熔融碳酸盐,其负极电极反应式为H2-2e-+CO32-=H2O+CO2↑.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.某芳香族有机物的分子式为C8H6O2,它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有(  )
A.两个羟基B.一个醛基C.两个醛基D.一个羟基

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

8.下列化合物,依次属于氧化物、碱、盐的一组是(  )
A.Na2CO3、KOH、CaOB.CO、NaOH、KCl
C.H2O、H2SO4、NaClD.CuO、Cu2(OH)2CO3、CaCO3

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