Question

【题目】磷灰石是一系列磷酸盐矿物的总称，主要指氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]，以氟磷灰石为原料可制备缓冲试剂磷酸二氢钾(KH2PO4)，其工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）电弧炉中发生反应的化学方程式：__。

（2）制得的白磷中常含有少量的砷，利用稀硝酸，可将砷转化为亚砷酸(H3AsO3)和砷酸(H3AsO4)而除去。使用质量分数为25%(密度为1.15g·cm-3)的硝酸效果最佳，此硝酸的质量摩尔浓度(单位质量的溶剂中所含溶质的物质的量)为__×10-3mol·g-1(保留一位小数)，除砷过程中需要控制温度为75℃，且在高纯N2的保护下进行，温度不能过高的原因是__。

（3）反应槽中发生反应的离子方程式为__。

（4）通过如图电解系统可从磷酸二氢钾废水中提取磷酸和氢氧化钾。膜1为__(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜，阳极电极反应式为__，转移0.15mol电子，理论上获得磷酸的质量为__g。

（5）自然界中Ca5(PO4)3OH与Ca5(PO4)3F存在如下平衡：Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq)Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq)，该反应的平衡常数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 温度过高，硝酸会大量分解 1 阳离子 14.7 2.5×1024

【解析】

(1)由流程图可知，电弧炉中发生的反应为Ca5(PO4)3F与焦炭、石英砂（主要成分为SiO2）在1500。C高温下反应生成CaSiO3、白磷、SiF4和CO，根据元素守恒、得失电子守恒配平该化学方程式；

(2)根据质量摩尔浓度的定义，取质量分数为25%的硝酸100g，则溶质硝酸的质量为25g，溶剂水的质量为75g，进行计算；硝酸不稳定，受热易分解；

(3)由流程图可知，反应槽中磷酸与碳酸氢根反应生成磷酸二氢根、水和二氧化碳；

(4)根据图示电解系统可从磷酸二氢钾废水中提取磷酸和氢氧化钾，写出电极反应式，判断离子交换膜，根据反应的比例关系确定磷酸的质量；

(5)先列出该反应的平衡常数的表达式，进而转化为溶度积之比。

(1)由流程图可知，电弧炉中发生的反应为Ca5(PO4)3F与焦炭、石英砂（主要成分为SiO2）在1500。C高温下反应生成CaSiO3、白磷、SiF4和CO，根据元素守恒、得失电子守恒配平该化学方程式，故答案为：；

(2)取质量分数为25%的硝酸100g，则溶质硝酸的质量为25g，溶剂水的质量为75g，则硝酸的质量摩尔浓度，硝酸不稳定，温度过高，硝酸会大量分解，因此需要控制温度为75℃，故答案为：5.3；温度过高，硝酸会大量分解；

(3)由流程图可知，反应槽中磷酸与碳酸氢根反应生成磷酸二氢根、水和二氧化碳，符合强酸制弱酸，从而得到KH2PO4，发生反应的离子方程式为，故答案为：；

(4)已知通过图示电解系统可从磷酸二氢钾废水中提取磷酸和氢氧化钾，阳极发生反应，膜2为阴离子交换膜，中间隔室的磷酸二氢根离子移动向阳极，与氢离子结合生成磷酸，阴极发生反应2H2O+2e- = H2↑+2OH-，膜1为阳离子交换膜，中间隔室的钾离子移动向阴极，在阴极得到氢氧化钾，转移0.15mol电子，阳极生成0.15mo氢离子，会有0.15molH2PO4-移动向阳极生成0.15mol H3PO4，则理论上获得磷酸的质量为0.15mol×98g/mol=14.7g，故答案为：阳离子；；14.7；

(5)该反应的平衡常数,故答案为：2.5×1024。