Question

9．磷礦石主要以[Ca₃（PO₄）₂•H₂O]和磷灰石[Ca₅F（PO₄）₃，Ca₅（OH）（PO₄）₃]等形式
存在，圖（a）為目前國際上磷礦石利用的大致情況，其中濕法磷酸是指磷礦石用過量硫酸分解制備磷酸，圖（b）是熱法磷酸生產過程中由磷灰石制單質磷的流程：

部分物質的相關性質如下：

	熔點/℃	沸點/℃	備注
白磷	44	280.5
PH3	-133.8	-87.8	難溶于水、有還原性
SiF4	-90	-86	易水解

回答下列問題：
（1）世界上磷礦石最主要的用途是生產含磷肥料，約占磷礦石使用量的69%%；
（2）以磷礦石為原料，濕法磷酸過程中Ca₅F（PO₄）₃反應的化學方程式為：Ca₅F（PO₄）₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF↑．現有1t折合含有P₂O₅約30%的磷灰石，最多可制得到85%的商品磷酸0.49t．
（3）如圖（b）所示，熱法磷酸生產過程的第一步是將SiO₂、過量焦炭與磷灰石混合，高溫反應生成白磷．爐渣的主要成分是CaSiO₃（填化學式）．冷凝塔1的主要沉積物是液態白磷，冷凝塔2的主要沉積物是固態白磷．
（4）尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等．將尾氣先通入純堿溶液，可除去SiF₄、H₂S、HF；再通入次氯酸鈉溶液，可除去PH₃．（均填化學式）
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復雜，能耗高，但優點是產品純度高．

Answer 1

分析 （1）由圖（a）可知生產含磷肥料，約占磷礦石使用量的比例為：4%+96%×85%×80%=69%；
（2）以磷礦石為原料，用過量的硫酸溶解Ca₅F（PO₄）₃可制得磷酸，根據質量守恒書寫化學方程式；根據P元素守恒可得關系式P₂O₅～2H₃PO₄，依據此關系式計算；
（3）將SiO₂、過量焦炭與磷灰石混合，高溫除了反應生成白磷之外，得到的難溶性固體是CaSiO₃；根據冷卻塔1、2的溫度與白磷的熔點比較分析白磷的狀態；
（4）二氧化硅和HF反應生成四氟化硅氣體，過量的焦炭不完全燃燒生成CO，因此在尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等；將尾氣通入純堿溶液，SiF₄、HF、H₂S與碳酸鈉反應而除去，次氯酸具有強氧化性，可除掉強還原性的PH₃；
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝所得產品純度大；

解答 解：（1）由圖（a）可知生產含磷肥料，約占磷礦石使用量的比例為：4%+96%×85%×80%=69%，
故答案為：69；
（2）以磷礦石為原料，用過量的硫酸溶解Ca₅F（PO₄）₃可制得磷酸，根據質量守恒定律可得反應的化學方程式為Ca₅F（PO₄）₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF↑；
根據P元素守恒可得關系式P₂O₅～2H₃PO₄，142份P₂O₅可制取196份磷酸，1t折合含有P₂O₅約30%的磷灰石，含有P₂O₅的質量為0.3t，所以可制得到85%的商品磷酸的質量為：$\frac{196×0.3t}{142×85%}$=0.49t，
故答案為：Ca₅F（PO₄）₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF↑；0.49；
（3）將SiO₂、過量焦炭與磷灰石混合，高溫除了反應生成白磷之外，得到的難溶性固體是CaSiO₃；冷卻塔1的溫度是70℃，280.5℃＞t＞44℃，所以此時主要的沉積物是液態白磷；冷卻塔2的溫度是18℃，低于白磷的熔點，故此時的主要沉積物是固體白磷，
故答案為：CaSiO₃；液態白磷；固態白磷；
（4）二氧化硅和HF反應生成四氟化硅氣體，過量的焦炭不完全燃燒生成CO，因此在尾氣中主要含有SiF₄、CO，還含有少量的PH₃、H₂S和HF等；將尾氣通入純堿溶液，SiF₄、HF、H₂S與碳酸鈉反應而除去，次氯酸具有強氧化性，可除掉強還原性的PH₃，
故答案為：SiF₄、CO；SiF₄、H₂S、HF；PH₃；
（5）相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復雜，能耗高，但是所得產品純度大，雜質少，因此逐漸被采用，
故答案為：產品純度高．

點評 本題考查了制備方案的設計，題目難度中等，涉及磷礦石的主要用途、反應原理和有關計算，該題是高考中的常見題型，試題綜合性強，側重對學生分析問題、解答問題能力的培養和解題方法的指導，明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵．