Question

【題目】磷精礦濕法制備磷酸的一種工藝流程如下：

已知：磷精礦主要成分為Ca5(PO4)3(OH)，還含有Ca5(PO4)3F和有機(jī)碳等。溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4·0.5H2O

（1）上述流程中能加快反應(yīng)速率的措施有___。

（2）磷精礦粉酸浸時(shí)發(fā)生反應(yīng)：2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4

①該反應(yīng)體現(xiàn)出酸性關(guān)系：H3PO4___H2SO4（填“>”或“<”）。

②結(jié)合元素周期律解釋①中結(jié)論：P和S電子層數(shù)相同，___。

（3）酸浸時(shí)，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉(zhuǎn)化為HF，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SiF4除去。寫(xiě)出生成HF的化學(xué)方程式：__。

（4）H2O2將粗磷酸中的有機(jī)碳氧化為CO2脫除，同時(shí)自身也會(huì)發(fā)生分解。相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間，不同溫度下的有機(jī)碳脫除率如圖所示。80℃后脫除率變化的原因：___。

（5）脫硫時(shí)，CaCO3稍過(guò)量，充分反應(yīng)后仍有SO42－殘留，加入BaCO3可進(jìn)一步提高硫的脫除率，其離子方程式是__。

Answer 1

【答案】研磨、加熱 < 核電荷數(shù)P<S，原子半徑P>S，得電子能力P<S，非金屬性P<S 2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O＝10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑ 80℃后，H2O2分解速率大，濃度顯著降低 BaCO3+SO42－+2H3PO4＝BaSO4+CO2↑+H2O+2H2PO4－

【解析】

(1)常用加快化學(xué)反應(yīng)速率的措施有研磨，加熱，溶解時(shí)攪拌等；

(2)①根據(jù)反應(yīng)方程式，是由H2SO4參加反應(yīng)得到H3PO4，是由強(qiáng)酸制取弱酸；

②H3PO4和H2SO4均為最高價(jià)含氧酸，主要可從P和S的非金屬性角度考慮，S的非金屬性強(qiáng)于P，可以使O上電子云密度降低更大，繼而導(dǎo)致H+更易電離，H+越易電離，含氧酸酸性越強(qiáng)；

(3)酸浸時(shí)，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉(zhuǎn)化為HF，反應(yīng)過(guò)程為Ca5(PO4)3F和H2SO4反應(yīng)，生成CaSO4H2O，H3PO4和HF，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)方程式；

(4)根據(jù)圖象，80℃前隨著溫度升高，有機(jī)碳脫除率增大，80℃后隨著溫度升高，有機(jī)碳脫除率降低，考慮H2O2受熱分解，導(dǎo)致H2O2濃度降低影響有機(jī)碳的脫除率；

(5)脫硫過(guò)程是加入CaCO3發(fā)生反應(yīng)，脫硫時(shí)，CaCO3稍過(guò)量，與多余的硫酸反應(yīng)生成CaSO4，而CaSO4微溶，所以充分反應(yīng)后仍有SO42-殘留，加入BaCO3可進(jìn)一步提高硫的脫除率，由于BaCO3參加反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成難溶的BaSO4，在沉淀轉(zhuǎn)化的反應(yīng)基礎(chǔ)之上發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)促使正向進(jìn)行程度增大，據(jù)此分析。

(1)常用加快化學(xué)反應(yīng)速率的措施有研磨，加熱，溶解時(shí)攪拌等。故答案為：研磨，加熱；

(2)①根據(jù)反應(yīng)方程式，是由H2SO4參加反應(yīng)得到H3PO4，是由強(qiáng)酸制取弱酸，因此酸性強(qiáng)弱為：H3PO4＜H2SO4；

②H3PO4和H2SO4均為最高價(jià)含氧酸，主要可從P和S的非金屬性角度考慮，S的非金屬性強(qiáng)于P，可以使O上電子云密度降低更大，繼而導(dǎo)致H+更易電離，H+越易電離，含氧酸酸性越強(qiáng)，可以簡(jiǎn)單解釋為：P的半徑大于S，P的非金屬性小于S，所以H3PO4的酸性小于H2SO4的酸性；

(3)酸浸時(shí)，磷精礦中Ca5(PO4)3F所含氟轉(zhuǎn)化為HF，反應(yīng)過(guò)程為Ca5(PO4)3F和H2SO4反應(yīng)，生成CaSO4H2O，H3PO4和HF，所以化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO4H2O+6H3PO4+2HF；

(4)根據(jù)圖象，80℃前隨著溫度升高，有機(jī)碳脫除率增大，80℃后隨著溫度升高，有機(jī)碳脫除率降低，考慮H2O2受熱分解，導(dǎo)致H2O2濃度降低影響有機(jī)碳的脫除率，所以可以解釋為：溫度高于80℃時(shí)，H2O2的分解速率加快，導(dǎo)致H2O2的濃度降低，也就導(dǎo)致有機(jī)碳脫除率下降；

(5)加入BaCO3可進(jìn)一步提高硫的脫除率，由于BaCO3參加反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成難溶的BaSO4，BaSO4相對(duì)于CaSO4溶解度更低，可使溶液中SO42-濃度更低，考慮到沉淀轉(zhuǎn)化的反應(yīng)效率較低，所以進(jìn)一步提高硫的脫除率則是考慮在沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基礎(chǔ)上發(fā)生效率更高的反應(yīng)，促使沉淀反應(yīng)的進(jìn)行，沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：BaCO3+SO42-BaSO4+CO32-，此時(shí)溶液中磷酸具有一定的酸性，可以繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成CO2，于是整個(gè)反應(yīng)的熵增，正向進(jìn)行的程度更大，可以達(dá)到進(jìn)一步脫除率的效果，綜合考慮則離子方程式為：BaCO3+SO42-+H3PO4═BSO4+CO2↑+H2O+H2PO4-。