Question

〔化學—選修2：化學與技術〕(15分)
磷礦石主要以磷酸鈣〔Ca₃(PO₄)₂·H₂O〕和磷灰石〔Ca₃(OH)(PO₄)₃〕等形式存在。圖(a)為目前國際上磷礦石利用的大致情況，其中濕法磷酸是指磷礦石用過量硫酸分解制備磷酸。圖(b)是熱法磷酸生產過各中由磷灰石制單質磷的流程。

部分物質的相關性質如下：

	熔點/℃	沸點/℃	備注
白磷	44	280.5
PH3	-133.8	-87.8	難溶于水，具有還原性
SiF4	-90	-86	易水解

回答下列問題：
（1）世界上磷礦石最主要的用途是生產含磷肥料，約占磷礦石使用量的      ℅。
（2）以磷灰石為原料，濕法磷酸過程中Ca₃F(PO₄)₃反應的化學方程式為：                     。現有1噸折合含有五氧化二磷約30%的磷灰石，最多可制得85℅的商品磷酸            噸。
（3）如圖(b)所示，熱法生產磷酸的第一步是將二氧化硅、過量焦炭與磷灰石混合，高溫反應生成白磷。爐渣的主要成分是：      (填化學式)冷凝塔1的主要沉積物是：   冷凝塔2的主要沉積物是：   
（4）尾氣中主要含有          ，還含有少量PH₃、H₂S和HF等，將尾氣先通入純堿溶液，可除去    
再通入次氯酸鈉溶液，可除去            (均填化學式)
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復雜，能耗高，但優(yōu)點是：                               。

Answer 1

(1)69; (2) Ca₃F(PO₄)₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+ 5CaSO₄+HF↑;0.49；（3）CaSiO₃；液態(tài)白磷；固態(tài)白磷；（4）SiF₄、CO；SiF₄、HF、 H₂S ；PH₃ （5）產品純度大（濃度大）

試題分析：(1)根據圖示可知生產含磷肥料，約占磷礦石使用量的比例是0.04+0.96×0.85×0.80="0.69." （2）以磷灰石為原料，用過量的硫酸溶解Ca₃F(PO₄)₃，可制得磷酸。根據質量守恒定律可得反應的化學方程式為Ca₃F(PO₄)₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+ 5CaSO₄+HF↑；根據P守恒可得關系式 P₂O₅～2H₃PO₄.142份P₂O₅2可制取196份的磷酸。1噸折合含有五氧化二磷約30%的磷灰石，含有P₂O₅的質量是0.3噸，所以可制取85℅的商品磷酸是質量是(196×0.3t)÷142÷0.85="0.49t;(3)" 二氧化硅、過量焦炭與磷灰石混合，在高溫下反應除了得到白磷外，得到的難溶性的固體物質是CaSiO₃；冷凝塔1的溫度是70℃，280. 5℃>t>44℃所以此時主要沉積物是液態(tài)白磷；冷凝塔2的溫度是12℃，低于白磷的熔點，故此時主要沉積物是固態(tài)白磷。（4）根據題目提供的信息，結合反應實際，在尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量PH₃、H₂S和HF等，將尾氣先通入純堿溶液， SiF₄、HF、 H₂S會與碳酸鈉反應而除去；再通入次氯酸鈉溶液，由于次氯酸鈉有強氧化性，因此可除去有還原性的PH₃ 。（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復雜，能耗高。但是產品純度大，雜質少，因此逐漸被采用。