Question

11．磷尾矿难溶于水，主要含Ca₅（PO₄）₃F和CaCO₃•MgCO₃．某研究小组提出了用磷尾矿制备CaCO₃、Mg（OH）₂、P₄和CO的方案，其工艺流程图：
请回答下列问题：
（1）磷精矿[Ca₅（PO₄）₃F]分解温度高于（填“高于”、“低于”）950℃；
（2）NH₄NO₃溶液能从磷矿I中浸取出Ca²⁺的原因是NH₄⁺水解使溶液呈酸性，与CaO、Ca（OH）₂反应生成Ca²⁺，第一次浸取液用NH₄NO₃而不用的（NH₄）₂SO₄原因是CaSO₄微溶于水，第一次若使用硫酸，不能完全浸取Ca²⁺．
（3）磷精矿与SiO₂、C发生反应时被还原的物质是Ca₅（PO₄）₃F．
（4）其产物CO在工业上有重要的综合应用，现以CO、H₂O、熔融Na₂O组成的电池装置如图所示．
COA石墨I负载BH₂O石墨Ⅱ熔融Na₂O
写出石墨Ⅰ电极上发生反应的电极反应式CO+O^2--2e^-=CO₂，Na⁺向石墨Ⅱ（填写“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”）移动．
（5）CO也可由甲酸（HCOOH）制取，甲酸是易溶于水的一元弱酸．
①常温下关于1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液，下列关系不正确的是d．
a．c（H⁺）•c（OH^-）=1×10^-14
b．c（H⁺）+c（HCOOH）=c（OH^-）
c．c（Na⁺）=c（HCOOH）+c（HCOO^-）
d．c（Na⁺）＞c（H⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）
②向1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中加水稀释后，c（HCOOH）•c（OH^-）的数值减小（填写“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 磷尾矿[主要含Ca₅（PO₄）₃F和CaCO₃•MgCO₃]在950℃下煅烧，其中碳酸钙和碳酸镁分解，生成气体的成分为二氧化碳（CO₂），磷矿Ⅰ的主要成分为Ca₅（PO₄）₃F、CaO、MgO，NH₄NO₃溶液中铵离子水解呈酸性，可溶解CaO，得到的浸取液Ⅰ含有Ca²⁺，可生成CaCO₃，磷矿Ⅱ含有Ca₅（PO₄）₃F、MgO，加入硫酸铵浸取，浸取液Ⅱ含有镁离子，可生成氢氧化镁，磷精矿加入二氧化硅、C等，在高温下发生4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄，可生成P₄，以此解答该题；
（1）在950℃下煅烧磷尾矿，根据产物判断Ca₅（PO₄）₃F是否分解；
（2）NH₄NO₃因水解其溶液显酸性，CaSO₄是微溶于水的盐；
（3）磷精矿与SiO₂、C发生反应时发生的反应为4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄，可结合化合价的变化判断被还原的物质；
（4）石墨Ⅰ电极上CO发生氧化反应，可知石墨Ⅰ电极为负极，结合电解质是熔融的Na₂O，可写出此反应的电极反应式，原电池工作时阳离子向正极移动；
（5）①常温下关于1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液，有水的电离平衡、和HCOO^-的水解平衡，存在水的离子积常数是定徝、电荷守恒、物料守恒，且0.1mol•L^-1 HCOONa溶液显碱性，据此判断各选项；
②向1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中加水稀释，促进HCOO^-的水解，由此判断c（HCOOH）•c（OH^-）的数值变化．

解答 解：磷尾矿[主要含Ca₅（PO₄）₃F和CaCO₃•MgCO₃]在950℃下煅烧，其中碳酸钙和碳酸镁分解，生成气体的成分为二氧化碳（CO₂），磷矿Ⅰ的主要成分为Ca₅（PO₄）₃F、CaO、MgO，NH₄NO₃溶液中铵离子水解呈酸性，可溶解CaO，得到的浸取液Ⅰ含有Ca²⁺，可生成CaCO₃，磷矿Ⅱ含有Ca₅（PO₄）₃F、MgO，加入硫酸铵浸取，浸取液Ⅱ含有镁离子，可生成氢氧化镁，磷精矿加入二氧化硅、C等，在高温下发生4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄；
（1）在950℃下煅烧磷尾矿，Ca₅（PO₄）₃F没有分解，可知磷精矿[Ca₅（PO₄）₃F]分解温度高于950℃，故答案为：高于；
（2）NH₄NO₃溶液中铵离子水解呈酸性，H⁺能从磷矿I中浸取出Ca²⁺，CaSO₄是微溶于水的盐，则不选用（NH₄）₂SO₄，故答案为：NH₄⁺水解使溶液呈酸性，与CaO、Ca（OH）₂反应生成Ca²⁺； CaSO₄微溶于水，第一次若使用硫酸，不能完全浸取Ca²⁺；
（3）磷精矿与SiO₂、C发生反应时发生的反应为4Ca₅（PO₄）₃F+18SiO₂+30C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaF₂+30CO+18CaSiO₃+3P₄，反应中P元素的化合价从+5价降为0价，发生还反应，可知被还原的物质是Ca₅（PO₄）₃F，故答案为：Ca₅（PO₄）₃F；
（4）石墨Ⅰ电极是负极，CO发生氧化反应，此反应的电极反应式为CO+O^2--2e^-=CO₂，石墨Ⅱ电极是正极，而原电池工作时Na⁺向正极移动，故答案为：CO+O^2--2e^-=CO₂；石墨Ⅱ；
（5）①常温下关于1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中；
a．常温下水的离子积c（H⁺）•c（OH^-）=1×10^-14，故a正确；
b． 溶液中存在的电荷守恒式为c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCOO^-），物料守恒式为c（Na⁺）=c（HCOOH）+c（HCOO^-），则c（H⁺）+c（HCOOH）=c（OH^-），故b正确；
c．溶液中存在的物料守恒式为c（Na⁺）=c（HCOOH）+c（HCOO^-），故c正确；
d．HCOONa是强碱弱酸盐，其溶液显碱性，c（OH^-）＞c（H⁺），故d错误；答案为d；
②向1L 0.1mol•L^-1 HCOONa溶液中加水稀释，促进HCOO^-的水解，c（HCOO^-）减小，c（HCOOH）•c（OH^-）=$\frac{c（HCOOH）•c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=${K}_{w}×\frac{c（HCO{O}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$=${K}_{w}×\frac{c（HCO{O}^{-}）}{{K}_{a}（HCOOH）}$，则其减小，故答案为：减小．

点评 本题考查物质的制备，涉及化学反应原理，涉及盐类的水解、弱电解质的电离、离子浓度的大小比较等知识，题目难度较大，注意掌握实验的原理和流程，把握电离平衡常数和水的离子积常数的意义，充分培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．