Question

〔化学—选修2：化学与技术〕(15分)

磷矿石主要以磷酸钙〔Ca3(PO4)2·H2O〕和磷灰石〔Ca3(OH)(PO4)3〕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)是热法磷酸生产过各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	44	280.5
PH3	-133.8	-87.8	难溶于水，具有还原性
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 ℅。

（2）以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca3F(PO4)3反应的化学方程式为： 。现有1吨折合含有五氧化二磷约30%的磷灰石，最多可制得85℅的商品磷酸 吨。

（3）如图(b)所示，热法生产磷酸的第一步是将二氧化硅、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： (填化学式)冷凝塔1的主要沉积物是： 冷凝塔2的主要沉积物是：

（4）尾气中主要含有 ，还含有少量PH3、H2S和HF等，将尾气先通入纯碱溶液，可除去

再通入次氯酸钠溶液，可除去 (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： 。

 

Answer 1

(1)69; (2) Ca3F(PO4)3+5H2SO4=3H3PO4+ 5CaSO4+HF↑;0.49；（3）CaSiO3；液态白磷；固态白磷；（4）SiF4、CO；SiF4、HF、 H2S ；PH3 （5）产品纯度大（浓度大）

【解析】

试题分析：(1)根据图示可知生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的比例是0.04+0.96×0.85×0.80=0.69. （2）以磷灰石为原料，用过量的硫酸溶解Ca3F(PO4)3，可制得磷酸。根据质量守恒定律可得反应的化学方程式为Ca3F(PO4)3+5H2SO4=3H3PO4+ 5CaSO4+HF↑；根据P守恒可得关系式 P2O5～2H3PO4.142份P2O52可制取196份的磷酸。1吨折合含有五氧化二磷约30%的磷灰石，含有P2O5的质量是0.3吨，所以可制取85℅的商品磷酸是质量是(196×0.3t)÷142÷0.85=0.49t;(3) 二氧化硅、过量焦炭与磷灰石混合，在高温下反应除了得到白磷外，得到的难溶性的固体物质是CaSiO3；冷凝塔1的温度是70℃，280. 5℃>t>44℃所以此时主要沉积物是液态白磷；冷凝塔2的温度是12℃，低于白磷的熔点，故此时主要沉积物是固态白磷。（4）根据题目提供的信息，结合反应实际，在尾气中主要含有SiF4、CO，还含有少量PH3、H2S和HF等，将尾气先通入纯碱溶液， SiF4、HF、 H2S会与碳酸钠反应而除去；再通入次氯酸钠溶液，由于次氯酸钠有强氧化性，因此可除去有还原性的PH3 。（5）相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高。但是产品纯度大，杂质少，因此逐渐被采用。

考点：考查磷矿石的主要用途、反应原理及有关计算的知识。