Question

16．磷的单质和化合物有着重要的应用．磷酸铁（FePO₄•2H₂O，难溶于水的米白色固体）可用于药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料，下列实验可制备磷酸铁．

（1）称取一定量已除去油污的废铁屑，加入稍过量的稀硫酸，加热、搅拌，反应一段时间后过滤，反应加热的目的是加快Fe和稀硫酸的反应速率．
（2）为了使滤液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列实验条件控制正确的是CD．
A．加热，使反应在较高温度下进行     B．用氨水调节pH=7
C．加入适当过量的H₂O₂溶液          D．缓慢滴加H₂O₂溶液并搅拌
（3）将一定量的Na₂HPO₄溶液（溶液显碱性）加入含有Fe³⁺的溶液中，搅拌、过滤、洗涤、干燥得到FePO₄•2H₂O．若反应得到的FePO₄•2H₂O固体呈棕黄色，则磷酸铁中混有的杂质可能为Fe（OH）₃（写化学式）．
（4）化学反应的能量变化（△H）与反应物和生成物的键能有关．键能可简单的理解为断开1 mol 化学键时所吸收的能量．下表是部分化学键的键能数据：

化学键	P-P	P-O	O=O	P=O
键能/kJ•mol-1	197	360	499	X

已知白磷固体（P₄ 结构如图1所示）的燃烧热为2378.0kJ/mol，白磷完全燃烧的固体产物结构如图1所示，则白磷燃烧的热化学方程式为P₄（s）+5O₂（g）=P₄O₁₀ （s）△H=：-2378.0kJ/mol；上表中X=434．
（5）NaH₂PO₄、Na₂HPO₄和Na₃PO₄可通过H₃PO₄与NaOH溶液反应获得，含磷各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与pH的关系如图2所示．为获得尽可能纯的NaH₂PO₄，pH应控制在4～5.5（介于此区间内的任意值或区间均可）；pH=8时，溶液中主要含磷物种浓度大小关系为c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．

Answer 1

分析 （1）温度越高，反应速率越快；
（2）为使滤液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化剂要过量，且使反应物充分反应；
（3）氢氧根离子和铁离子反应生成红褐色沉淀氢氧化铁；
（4）白磷燃烧的方程式为P₄+5O₂=P₄O₁₀，根据化学键的断裂和形成的数目进行计算；
（5）根据为获得尽可能纯的NaH₂PO₄，pH应控制从图表中找出H₂PO₄^-分布分数最大值所在区间；溶液中主要含磷物种浓度大小关系可由图表得出．

解答 解：（1）温度越高，反应速率越快，所以反应加热的目的是加快铁与稀硫酸反应速率，
故答案为：加快Fe和稀硫酸的反应速率；
（2）A、加热，使反应在较高温度下进行，虽然反应速率加快，但能促进亚铁离子水解而产生杂质，故错误；
B、用氨水调节溶液pH=7，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁杂质，故错误；
C、加入适当过量的H₂O₂溶液，导致铁离子能完全反应，故正确；
D、缓慢滴加H₂O₂溶液并搅拌，反应物接触面积增大，能使铁离子完全反应，故正确；
故选CD；
（3）碱性条件下，溶液中含有大量氢氧根离子，氢氧根离子和铁离子反应生成红褐色沉淀氢氧化铁，导致反应得到的FePO₄•H₂O固体呈棕黄色，
故答案为：Fe（OH）₃；
（4）已知白磷固体（P₄ 结构如图1所示）的燃烧热为．2378.0kJ/mol，反应的热化学方程式为：P₄（s）+5O₂（g）=P₄O₁₀ （s）△H=-2378.0  kJ/mol，白磷燃烧的方程式为P₄+5O₂=P₄O₁₀，1mol白磷完全燃烧需拆开6mol P-P、5mol O=O，形成12molP-O、4mol P=O，所以12mol×360kJ/mol+4mol×xkJ/mol-（6mol×197 kJ/mol+5 mol×499 kJ/mol）=2378.0kJ，x=433.75≈434．
故答案为：-2378.0；434；
（5）为获得尽可能纯的NaH₂PO₄，pH应控制从图表中找出H₂PO₄^-分布分数最大值所在区间，即4～5.5（介于此区间内的任意值或区间均可），溶液中主要含磷物种浓：度大小关系可由图表得出 c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-），
故答案为：4～5.5（介于此区间内的任意值或区间均可）；c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．

点评 本题以铁及其化合物为载体考查了物质的制备，涉及氧化还原反应、实验操作、反应速率的影响因素等知识点，根据物质之间的关系式、实验操作的规范性、影响反应速率的因素等知识点来分析解答，题目难度中等．