Question

【题目】[2019·福建省厦门市高中毕业班5月第二次质量检查]一种以磷酸工业副产物磷石膏(主要成分为CaSO4，杂质含H3PO4，SiO2，Al2O3等)制取高纯硫酸钙的流程如图所示。

（1）磷石膏废弃会造成的环境问题为___________；

（2）“碱溶”中Al2O3发生反应的化学方程式为_________；

（3）含硅与含铝组分分布系数与pH关系如下图：

①“调pH”时，溶液的pH应调节为__________；

②Ksp[Al(OH)3]=__________；

③Al(OH)3(aq)+H2O[Al(OH)4](aq)+H+(aq)，则Ka[Al(OH)3]=__________；

（4）“电解”采用双极膜电渗析法，装置如下图。

①“某极电解液”为________(填“X”、“Y”或“Z”)极。

②阴极电极反应式为____________。

（5）流程中可循环利用的物质有________________(填化学式)。

Answer 1

【答案】水体富营养化 Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] 7 1.0×10-33 10-12.8 X 2H++2e-=H2↑ NaOH、HCl

【解析】

(1)磷元素是植物生长需要的营养元素，磷石膏废弃会造成的环境问题为水体富营养化；

(2) Al2O3是两性氧化物，可以与强碱反应产生盐和水；

(3)①调整溶液的pH，使Si元素形成沉淀，而Al元素以[Al(OH)4]-存在于溶液中；

②根据形成Al(OH)3沉淀的pH分析Ksp[Al(OH)3]大小；

③根据电离平衡常数的概念计算；

(4)①根据某极电解液的作用是沉钙，分析所属电极名称；

②根据阴极上溶液中的阳离子放电，结合离子的放电顺序分析判断；

③根据两个电极放电后产生的物质分析循环利用的物质。

(1)磷元素是植物生长需要的营养元素，在磷石膏中含有H3PO4，若磷石膏废弃，磷酸溶于水，会电离产生H2PO4-、HPO42-，为植物生长提供营养元素，使植物疯狂生长，故磷石膏废弃会造成的环境问题为水体富营养化；

(2) Al2O3是两性氧化物，可以与NaOH溶于发生反应产生Na[Al(OH)4]，反应方程式为Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]；

(3)①根据图象可知在溶液的pH=7时，Si元素以H4SiO4沉淀的形式存在，而Al元素以Al(OH)3沉淀的形式存在，故调整溶液的pH=7；

②由图象可知：当溶液的pH大约为pH=3时形成Al(OH)3沉淀，c(H+)=10-3，则根据水的离子积常数可得此时溶液中c(OH-)==10-11，则Ksp[Al(OH)3]=1×(10-11)3=10-33；

③对于电离平衡：Al(OH)3(aq)+H2O[Al(OH)4]-(aq)+H+(aq)，当溶液的Al(OH)3(aq)的浓度与[Al(OH)4]-(aq)的浓度相等时，Ka[Al(OH)3]等于溶液中氢离子的浓度，所以Ka[Al(OH)3]==c(H+)=10-12.8；

(4)①“某极电解液”作用是沉钙，应该为酸溶液，在电解装置中，左边为正极区，OH-向正极区移动，H+向X区移动，因此X区溶液为酸性溶液，故“某极电解液”为X极；

②在负极区，H+发生还原反应产生氢气，因此阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑；

③H+向X电极移动，Cl-移向X电极区，Na+移向Z电极区，OH-向Z电极区移动，所以X电极区产生HCl，Z电极区产生NaOH，反应产生的HCl、NaOH又可以在酸溶、碱溶中使用，故流程中可循环利用的物质有HCl、NaOH。