Question

【題目】磷灰石是一系列磷酸鹽礦物的總稱，主要指氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]，以氟磷灰石為原料可制備緩沖試劑磷酸二氫鉀(KH2PO4)，其工藝流程如圖所示：

回答下列問題：

（1）電弧爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：__。

（2）制得的白磷中常含有少量的砷，利用稀硝酸，可將砷轉(zhuǎn)化為亞砷酸(H3AsO3)和砷酸(H3AsO4)而除去。使用質(zhì)量分數(shù)為25%(密度為1.15g·cm-3)的硝酸效果最佳，此硝酸的質(zhì)量摩爾濃度(單位質(zhì)量的溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量)為__×10-3mol·g-1(保留一位小數(shù))，除砷過程中需要控制溫度為75℃，且在高純N2的保護下進行，溫度不能過高的原因是__。

（3）反應(yīng)槽中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__。

（4）通過如圖電解系統(tǒng)可從磷酸二氫鉀廢水中提取磷酸和氫氧化鉀。膜1為__(填“陽離子”或“陰離子”)交換膜，陽極電極反應(yīng)式為__，轉(zhuǎn)移0.15mol電子，理論上獲得磷酸的質(zhì)量為__g。

（5）自然界中Ca5(PO4)3OH與Ca5(PO4)3F存在如下平衡：Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq)Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__，{已知：Ksp[Ca5(PO4)3OH]=7.0×10-37，Ksp[Ca5(PO4)3F]=2.8×10-61}。

Answer 1

【答案】 5.3 溫度過高，硝酸會大量分解 1 陽離子 14.7 2.5×1024

【解析】

(1)由流程圖可知，電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為Ca5(PO4)3F與焦炭、石英砂（主要成分為SiO2）在1500。C高溫下反應(yīng)生成CaSiO3、白磷、SiF4和CO，根據(jù)元素守恒、得失電子守恒配平該化學(xué)方程式；

(2)根據(jù)質(zhì)量摩爾濃度的定義，取質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸100g，則溶質(zhì)硝酸的質(zhì)量為25g，溶劑水的質(zhì)量為75g，進行計算；硝酸不穩(wěn)定，受熱易分解；

(3)由流程圖可知，反應(yīng)槽中磷酸與碳酸氫根反應(yīng)生成磷酸二氫根、水和二氧化碳；

(4)根據(jù)圖示電解系統(tǒng)可從磷酸二氫鉀廢水中提取磷酸和氫氧化鉀，寫出電極反應(yīng)式，判斷離子交換膜，根據(jù)反應(yīng)的比例關(guān)系確定磷酸的質(zhì)量；

(5)先列出該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式，進而轉(zhuǎn)化為溶度積之比。

(1)由流程圖可知，電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為Ca5(PO4)3F與焦炭、石英砂（主要成分為SiO2）在1500。C高溫下反應(yīng)生成CaSiO3、白磷、SiF4和CO，根據(jù)元素守恒、得失電子守恒配平該化學(xué)方程式，故答案為：；

(2)取質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸100g，則溶質(zhì)硝酸的質(zhì)量為25g，溶劑水的質(zhì)量為75g，則硝酸的質(zhì)量摩爾濃度，硝酸不穩(wěn)定，溫度過高，硝酸會大量分解，因此需要控制溫度為75℃，故答案為：5.3；溫度過高，硝酸會大量分解；

(3)由流程圖可知，反應(yīng)槽中磷酸與碳酸氫根反應(yīng)生成磷酸二氫根、水和二氧化碳，符合強酸制弱酸，從而得到KH2PO4，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為，故答案為：；

(4)已知通過圖示電解系統(tǒng)可從磷酸二氫鉀廢水中提取磷酸和氫氧化鉀，陽極發(fā)生反應(yīng)，膜2為陰離子交換膜，中間隔室的磷酸二氫根離子移動向陽極，與氫離子結(jié)合生成磷酸，陰極發(fā)生反應(yīng)2H2O+2e- = H2↑+2OH-，膜1為陽離子交換膜，中間隔室的鉀離子移動向陰極，在陰極得到氫氧化鉀，轉(zhuǎn)移0.15mol電子，陽極生成0.15mo氫離子，會有0.15molH2PO4-移動向陽極生成0.15mol H3PO4，則理論上獲得磷酸的質(zhì)量為0.15mol×98g/mol=14.7g，故答案為：陽離子；；14.7；

(5)該反應(yīng)的平衡常數(shù),故答案為：2.5×1024。