Question

【题目】Ca10(PO4)6(OH)2(羟基磷酸钙，简写HAP)是一种新型的环境功能矿物材料，可用于除去水体中的F-、Cd2+、Pb2+及Cu2+等。

（1）制备HAP的步骤如下：分别配制250mL浓度均为0.5 mol·L-1的Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液(pH约为8)，按n(Ca)/n(P)=1.67分别量取相应体积的溶液，加热至50℃,不断搅拌下，按特定的方式加料，强力搅拌1h,再经后续处理得到产品。

①特定的加料方式是__________ (填序号)。

a．将Ca(NO3)2溶液逐滴滴入(NH4)2HPO4溶液中，再用氨水调节pH至10.5

b．将(NH4)2HPO4溶液逐滴滴入Ca(NO3)2溶液中，再用氨水调节pH至10.5

c．将(NH4)2HPO4溶液和氨水混合并调节pH至10.5，再滴入Ca(NO3)2溶液

②反应生成Ca10(PO4)6(OH)2的离子方程式为__________。

（2）HAP脱除F-的操作是：在聚四氟乙烯烧杯中加入50mL10mg·L-1NaF溶液和0.15gCa10(PO4)6(OH)2,在恒温下振荡，每隔1h测定一次溶液中F-浓度，直至达到吸附平衡。

①实验中“烧杯”材质用“聚四氟乙烯”塑料而不用玻璃，其原因是__________。

②除氟反应形式之一是：Ca10(PO4)6(OH)2+20F-10CaF2+6PO43-+2OH-，该反应的平衡常数K=__________[用Ksp(CaF2)和Ksp(HAP)表示]。

（3）HAP脱除Pb(Ⅱ)包括物理吸附和溶解-沉淀吸附。物理吸附时，HAP的特定位可吸附溶液中某些阳离子;溶解-沉淀吸附的机理为：

Ca10(PO4)6(OH)2(s)+2H+(aq)10Ca2+(aq)+6PO43-(aq)+2H2O(l)(溶解)

10Pb2+(aq)+6PO43-(aq)+2H2O(l)Pb10(PO4)6(OH)2(s)+2H+(aq)(沉淀)

已知Pb(Ⅱ)的分布分数如图-1所示;一定条件下HAP对Pb(1)平衡吸附量与pH的关系如图-2所示。

①能使甲基橙显红色的Pb(Ⅱ)溶液中滴入少量NaOH至溶液呈中性，该过程中主要反应的离子方程式为__________。

②当pH<3.0时，pH越小HAP对Pb(Ⅱ)平衡吸附量稍减小，其原因是__________。

③当pH>7.0时，生成的沉淀为__________(填化学式);此时pH越大HAP对Pb(Ⅱ)平衡吸附量越小，其原因是__________。

Answer 1

【答案】 b 10Ca2++6HPO42-+8NH3·H2OCa10(PO4)6(OH)2↓+8NH4++6H2O 防止F-及其水解生成的HF与玻璃中SiO2反应 Ksp(HAP)/K10sp(CaF2) Pb2++OH-=Pb(OH)+ 溶液中c(H+)大，大量H+占据HAP对Pb2+的吸附位，物理吸附能力减弱 Pb10(PO4)6(OH)2和Pb(OH)2 c(H+)减小，会减少HAP在溶液中的溶解量，便生成的c(PO43-)减小，溶解-沉淀吸附能力减弱且改变了吸附机理

【解析】（1）①特定的加料方式是将(NH4)2HPO4溶液逐滴滴入Ca(NO3)2溶液中，防止发生双水解而产生磷酸钙等杂质，再用氨水调节pH至10.5，答案选b；②(NH4)2HPO4 、Ca(NO3)2及NH3·H2O反应生成Ca10(PO4)6(OH)2的离子方程式为10Ca2++6HPO42-+8NH3·H2OCa10(PO4)6(OH)2↓+8NH4++6H2O；（2）①防止F-及其水解生成的HF与玻璃中SiO2反应，故实验中“烧杯”材质用“聚四氟乙烯”塑料而不用玻璃；②反应Ca10(PO4)6(OH)2+20F-10CaF2+6PO43-+2OH-的平衡常数K= ；（3）①能使甲基橙显红色的Pb(Ⅱ)溶液中滴入少量NaOH至溶液呈中性，该过程中主要反应是Pb2+与OH-反应转化为Pb(OH)+，反应的离子方程式为Pb2++OH-=Pb(OH)+；②当pH<3.0时，pH越小HAP对Pb(Ⅱ)平衡吸附量稍减小，其原因是溶液中c(H+)大，大量H+占据HAP对Pb2+的吸附位，物理吸附能力减弱；③由图中信息可知，当pH>7.0时，生成的沉淀为Pb10(PO4)6(OH)2和Pb(OH)2；此时pH越大HAP对Pb(Ⅱ)平衡吸附量越小，其原因是c(H+)减小，会减少HAP在溶液中的溶解量，便生成的c(PO43-)减小，溶解-沉淀吸附能力减弱且改变了吸附机理。