Question

16．磷的單質和化合物有著重要的應用．磷酸鐵（FePO₄•2H₂O，難溶于水的米白色固體）可用于藥物、食品添加劑和鋰離子電池的正極材料，下列實驗可制備磷酸鐵．

（1）稱取一定量已除去油污的廢鐵屑，加入稍過量的稀硫酸，加熱、攪拌，反應一段時間后過濾，反應加熱的目的是加快Fe和稀硫酸的反應速率．
（2）為了使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列實驗條件控制正確的是CD．
A．加熱，使反應在較高溫度下進行     B．用氨水調節pH=7
C．加入適當過量的H₂O₂溶液          D．緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌
（3）將一定量的Na₂HPO₄溶液（溶液顯堿性）加入含有Fe³⁺的溶液中，攪拌、過濾、洗滌、干燥得到FePO₄•2H₂O．若反應得到的FePO₄•2H₂O固體呈棕黃色，則磷酸鐵中混有的雜質可能為Fe（OH）₃（寫化學式）．
（4）化學反應的能量變化（△H）與反應物和生成物的鍵能有關．鍵能可簡單的理解為斷開1 mol 化學鍵時所吸收的能量．下表是部分化學鍵的鍵能數據：

化學鍵	P-P	P-O	O=O	P=O
鍵能/kJ•mol-1	197	360	499	X

已知白磷固體（P₄ 結構如圖1所示）的燃燒熱為2378.0kJ/mol，白磷完全燃燒的固體產物結構如圖1所示，則白磷燃燒的熱化學方程式為P₄（s）+5O₂（g）=P₄O₁₀ （s）△H=：-2378.0kJ/mol；上表中X=434．
（5）NaH₂PO₄、Na₂HPO₄和Na₃PO₄可通過H₃PO₄與NaOH溶液反應獲得，含磷各物種的分布分數（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數）與pH的關系如圖2所示．為獲得盡可能純的NaH₂PO₄，pH應控制在4～5.5（介于此區間內的任意值或區間均可）；pH=8時，溶液中主要含磷物種濃度大小關系為c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．

Answer 1

分析 （1）溫度越高，反應速率越快；
（2）為使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化劑要過量，且使反應物充分反應；
（3）氫氧根離子和鐵離子反應生成紅褐色沉淀氫氧化鐵；
（4）白磷燃燒的方程式為P₄+5O₂=P₄O₁₀，根據化學鍵的斷裂和形成的數目進行計算；
（5）根據為獲得盡可能純的NaH₂PO₄，pH應控制從圖表中找出H₂PO₄^-分布分數最大值所在區間；溶液中主要含磷物種濃度大小關系可由圖表得出．

解答 解：（1）溫度越高，反應速率越快，所以反應加熱的目的是加快鐵與稀硫酸反應速率，
故答案為：加快Fe和稀硫酸的反應速率；
（2）A、加熱，使反應在較高溫度下進行，雖然反應速率加快，但能促進亞鐵離子水解而產生雜質，故錯誤；
B、用氨水調節溶液pH=7，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵雜質，故錯誤；
C、加入適當過量的H₂O₂溶液，導致鐵離子能完全反應，故正確；
D、緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌，反應物接觸面積增大，能使鐵離子完全反應，故正確；
故選CD；
（3）堿性條件下，溶液中含有大量氫氧根離子，氫氧根離子和鐵離子反應生成紅褐色沉淀氫氧化鐵，導致反應得到的FePO₄•H₂O固體呈棕黃色，
故答案為：Fe（OH）₃；
（4）已知白磷固體（P₄ 結構如圖1所示）的燃燒熱為．2378.0kJ/mol，反應的熱化學方程式為：P₄（s）+5O₂（g）=P₄O₁₀ （s）△H=-2378.0  kJ/mol，白磷燃燒的方程式為P₄+5O₂=P₄O₁₀，1mol白磷完全燃燒需拆開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．
故答案為：-2378.0；434；
（5）為獲得盡可能純的NaH₂PO₄，pH應控制從圖表中找出H₂PO₄^-分布分數最大值所在區間，即4～5.5（介于此區間內的任意值或區間均可），溶液中主要含磷物種濃：度大小關系可由圖表得出 c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-），
故答案為：4～5.5（介于此區間內的任意值或區間均可）；c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．

點評 本題以鐵及其化合物為載體考查了物質的制備，涉及氧化還原反應、實驗操作、反應速率的影響因素等知識點，根據物質之間的關系式、實驗操作的規范性、影響反應速率的因素等知識點來分析解答，題目難度中等．