1.(2018·高考北京卷)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
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已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F 和有机碳等。
溶解度:Ca5(PO4)3(OH)4·0.5H2O
(1)上述流程中能加快反应速率的措施有____________________________。
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应:
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4
①该反应体现出酸性关系:H3PO4________H2SO4(填“>”或“<”)。
②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同,_______________________。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式:_______________________________________________________。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因:________________________________________________________________________。
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(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO残留,原因是_________________;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是____________________________。
(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞做指示剂,用b mol·L-1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。(已知:H3PO4摩尔质量为98 g·mol-1)
解析:(1)流程中能加快反应速率的措施有将磷精矿研磨,酸浸时进行加热。(2)①该反应符合复分解反应中“强酸制弱酸”的规律。②比较硫酸与磷酸的酸性强弱,可以比较S与P的非金属性强弱。结合元素周期律可以比较S、P的原子半径、核电荷数。(3)根据元素守恒可写出反应的化学方程式。(4)有机碳的脱除率受两个因素的共同影响:一方面,温度越高,反应速率越快,在相同投料比、相同反应时间内,有机碳的脱除率越高;另一方面,温度升高可使较多的H2O2分解,氧化剂的量减少,使得有机碳的脱除率降低。80 ℃后,H2O2分解对有机碳脱除率的影响超过了温度升高的影响,导致脱除率逐渐降低。(5)脱硫是用CaCO3除去剩余的硫酸,由于生成的硫酸钙是微溶物,所以即使CaCO3过量,充分反应后仍有SO残留。加入BaCO3可使CaSO4转化为更难溶的BaSO4,进一步提高硫的脱除率。
(6)H3PO4 + 2NaOH===Na2HPO4+2H2O
98 g 2 mol