Question

氯化磷酸三钠具有良好的灭菌、消毒、漂白作用。湿法磷酸由硫酸分解磷矿石得到，其中含Fe³⁺、Al³⁺等杂质。以湿法磷酸为原料制取氯化磷酸三钠的工艺流程如下：

已知：a．温度高时，NaClO易分解。

b．常温下，磷酸的物种分布分数与pH的关系如下图所示：

回答下列问题：

(1)硫酸分解Ca₅(PO₄)₃F时产生的有毒气体主要是________________(填化学式)。

(2)反应Ⅰ中磷酸转化为钠盐，其钠盐再与Fe³⁺、Al³⁺作用形成沉淀。

①反应Ⅰ中发生多个反应，其中磷酸转化为Na₂HPO₄的主要离子方程式为___________，常温下应控制pH约为_____________________________。

②常温下，HPO+Fe³⁺FePO₄+H⁺的lgK为_________。

(3)反应Ⅱ中不用Na₂CO₃溶液的原因是____________________________________________；

(4)反应Ⅲ的化学方程式为____________________________________________；

反应Ⅳ中两种溶液混合后需快速冷却，其目的是____________________________；

“母液”中的溶质有NaClO、_____________________(填2种)。

Answer

HF 10 9.53 Na2CO3溶液的pH难以达到14，不能将Na2HPO4全部转化为Na3PO4，还会引入Na2CO3杂质 减少次氯酸钠分解 NaCl、Na3PO4

【解析】

首先利用硫酸分解磷矿石[Ca5(PO4)3F]得到湿法磷酸，其中含Fe3+、Al3+，加入碳酸钠溶液和磷酸反应，反应Ⅰ中磷酸转化为钠盐，其钠盐再与Fe3+、Al3+作用形成沉淀，过滤得到FePO4和AlPO4沉淀，滤液中主要含Na2HPO4；向滤液中加入NaOH溶液，得到Na3PO4；然后加入NaOH和足量氯气反应后的溶液(主要含NaCl和NaClO)，由于氯化磷酸三钠溶解度较小，所以会析出氯化磷酸三钠晶体，得到的母液主要含NaCl、NaClO、Na3PO4等。

(1)硫酸分解Ca5(PO4)3F可以得到释放磷酸，该反应应为复分解反应，根据元素守恒，再结合HF为弱酸，可知产生的有毒气体主要是HF；

(2)①碳酸的酸性弱于磷酸，所以加入碳酸钠转化为Na2HPO4的主要离子方程式为；据图可知pH约为10时，溶液中的P元素主要以的形成存在；

②常温下，HPO+Fe3+FePO4+H+的K==，所以lgK=lgKa3-lgKsp[FePO4]，据图可知当c()=c(PO)时溶液pH=12.36，而Ka3=，所以lgKa3=-12.36，所以lgK=-12.36-(-21.89)=9.53；

(3)据图可知当pH=14左右时磷元素主要以PO的形式存在，Na2CO3溶液的pH难以达到14，不能将Na2HPO4全部转化为Na3PO4，还会引入Na2CO3杂质；

(4)反应III为氯气和NaOH溶液的反应，生成氯化钠和次氯酸钠，方程式为；NaClO受热易分解，冷却混合液可以减少次氯酸钠的分解；“母液”中的溶质有NaClO、NaCl、Na3PO4。