Question

36.【化学——选修2：化学与技术】磷矿石主要以磷酸钙[Ca₃(PO₄)₂•H₂O]和磷灰石[Ca₅F(PO₄)₃，Ca₅(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	44	280.5
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       %；

（2）以磷矿石为原料，湿法磷酸过程中Ca₅F(PO₄)₃反应化学方程式为：          。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        t。

（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         （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          ，还含有少量的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）69%； （2）Ca5F(PO4)3+5H2SO4=3H3PO4+5CaSO4+HF↑ 0.49 t

（3）CaSiO3，液态白磷，固态白磷（4）SiF4、CO， SiF4、H2S、HF；PH3 （5）产品纯度高

【解析】

试题分析：（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（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Ca5F（PO4）3+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：0.49t；

（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；

（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，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但是所得产品纯度大，杂质少，因此逐渐被采用。

考点：考查制备实验方案的设计