Question

【題目】磷酸二氫鉀(KH2PO4)是一種大型非線性光學晶體，在未來能源領域——“人造太陽”計劃中有重要作用.以氯磷灰石（主要成分為Ca5(PO4)3Cl，還含有少量Al2O3、Fe2O3等雜質）為原料制備KH2PO4的一種工藝流程如圖所示：

已知：①離子完全沉淀時的pH為Fe3+：3.5，Al3+：5.2.

②Ca3(PO4)2與CaHPO4均難溶于水，Ca(H2PO4)2能溶于水

(1)已知“酸浸”時發生反應的化學方程式為，該反應體現了濃硫酸的______________________性和___________________性.

(2)如果將原料改為氟磷灰石，則“酸浸”時不能使用玻璃容器，原因是______________________.

(3)“反應Ⅱ”的化學方程式為________________________________________.

(4)常溫下磷酸的電離平衡常數、、，的電離常數、，則常溫下KH2PO4水溶液顯____________________(填“酸性”“堿性”或“中性”)；將少量磷酸滴入碳酸鈉溶液中反應的離子方程式為______________________________.

(5)KH2PO4也可以通過如圖所示裝置電解制備：

則陽極的電極反應式為___________________.假如通電前a、b兩室溶液的質量相等，若有2NA個K+通過交換膜，則兩室溶液的質量差為__________________g.

Answer 1

【答案】強酸 難揮發 生成的HF會與玻璃中的SiO2反應 K2SO4+Ca(H2PO4)2=2KH2PO4+CaSO4↓ 酸性 H3PO4+2CO=HPO+2HCO+H2O 2Clˉ-2eˉ=Cl2↑ 225g

【解析】

氯磷灰石[主要成分為Ca5(PO4)3Cl，還含有少量Al2O3、Fe2O3等雜質]粉碎，加入濃硫酸酸浸，并加熱，生成HCl氣體，過濾得到微溶物硫酸鈣，濾液含有磷酸、硫酸鐵、硫酸鋁等，加入碳酸鈣調節pH，生成氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，過濾在得到的濾液中加入硫酸鉀，生成硫酸鈣，同時生成KH2PO4，經系列操作得到KH2PO4晶體，以此解答該題。

(1)該反應中生成磷酸體現了濃硫酸的強酸性，生成HCl體現了濃硫酸的難揮發性；

(2)根據酸浸時發生的反應可知若將原料改為氟磷灰石會生成HF，而HF會與玻璃中的SiO2發生反應，所以不能使用玻璃容器；

(3)根據所給條件“Ca3(PO4)2與CaHPO4均難溶于水，Ca(H2PO4)2能溶于水”可知加入硫酸鉀前溶液中的溶質主要為Ca(H2PO4)2，所以“反應II”的化學方程式為K2SO4+Ca(H2PO4)2=2KH2PO4+CaSO4↓；

(4)KH2PO4溶液中存在H2PO的電離和水解，其電離平衡常數為Ka2=6.3×10-8，其水解平衡常數Kh==1.4×10-12<6.3×10-8，即電離程度更大，所以溶液顯酸性；根據題意可知酸性：H3PO4>H2CO3>H2PO>HCO>HPO，所以將少量磷酸滴入碳酸鈉溶液中反應的離子方程式為H3PO4+2CO=HPO+2HCO+H2O；

(5)該裝置需要制備KH2PO4，所以電解過程中鉀離子要向左側移動，則左側為陰極，右側為陽極，陽極的電解質溶液為KCl溶液，所以氯離子在陽極放電生成氯氣，電極反應式為：2Clˉ-2eˉ=Cl2↑；左側為陰極，氫離子放電生成氫氣，電極反應式為2H++2eˉ=H2↑，通電前兩室質量相等，若有2NA個K+通過交換膜，即右室有2molK+進入左室，根據電極反應式可知同時右室生成1mol氯氣，左室生成1mol氫氣，則兩室溶液的質量差為39g/mol×4mol+71g/mol×1mol-2g/mol×1mol=225g。