Question

【題目】據報道，磷酸二氫鉀（KH2PO4）大晶體已應用于我國研制的巨型激光器“神光二號”中。利用氟磷灰石（化學式為Ca5P3FO12)制備磷酸二氫鉀的工藝流程如下圖所示（部分流程步驟已省略）：

已知萃取的主要反應原理：KCl+H3PO4KH2PO4+HCl；其中，反應產生的HCl易溶于有機萃取劑。

請回答下列問題：

（1）流程中將氟磷灰石粉碎的目的是__________________________________。

（2）不能使用二氧化硅陶瓷材質的沸騰槽的主要原因是___________________（用化學方程式表示）。

（3）副產品N的化學式是____________；在得到KH2PO4晶體的一系列操作Ⅲ，其主要包括______________________________、過濾、洗滌、干燥等。

（4）若用1000kg質量分數為50.4%的氟磷灰石（化學式為Ca5P3FO12)來制取磷酸二氫鉀晶體，其產率為80%，則理論上可生產KH2PO4的質量為_______kg。

（5）電解法制備KH2PO4的裝置如圖所示．該電解裝置中，a 區屬于_______區（填“陽極”或“陰極”），陰極區的電極反應式是______________________________________。

（6）工業上還可以用氟磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時逸出SiF4和CO,該反應的化學方程式為________________________________________。

Answer 1

【答案】 增大氟磷灰石與稀硫酸反應的接觸面積,加快化學反應速率 4HF+SiO2═SiF4↑+2H2O NH4Cl 蒸發濃縮、冷卻結晶 326.4 kg 陰極 2H＋＋2e－＝H2↑ 4Ca5P3FO12 +21SiO2+30C20CaSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑

【解析】氟磷灰石(化學式為Ca5P3FO12)粉碎后加入濃硫酸，反應生成氫氟酸、硫酸鈣、磷酸等，加入氯化鉀后用有機萃取劑，KCl+H3PO4KH2PO4+HCl，反應產生的HCl易溶于有機萃取劑，有機相中含有氯化氫，加入氨水反應生成氯化銨，因此副產品主要為氯化銨，水相中含有KH2PO4，經過一系列操作得到KH2PO4晶體。

(1)流程中將氟磷灰石粉碎，可以增大氟磷灰石與稀硫酸反應的接觸面積，加快化學反應速率，故答案為：增大氟磷灰石與稀硫酸反應的接觸面積，加快化學反應速率；

(2)根據流程圖，反應中生成了氫氟酸，氫氟酸能夠與二氧化硅反應，因此不能使用二氧化硅陶瓷材質的沸騰槽，故答案為：4HF+SiO2═SiF4↑+2H2O；

(3)根據上述分析，副產品N的化學式為NH4Cl；在得到KH2PO4晶體的一系列操作Ⅲ為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等，故答案為：NH4Cl；蒸發濃縮、冷卻結晶；

(4)1000kg質量分數為50.4%的氟磷灰石(化學式為Ca5P3FO12)中含有Ca5P3FO12的質量為504kg，根據P元素守恒，理論上可生產KH2PO4的質量為504kg×80%×÷=326.4 kg，故答案為：326.4 kg；

(5)根據圖示，應該在a區生成KH2PO4，則鉀離子由b區移向a區，則a 區屬于陰極區；陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應式為2H＋＋2e－＝H2↑，故答案為：陰極；2H＋＋2e－＝H2↑；

(6)用氟磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時逸出SiF4和CO，反應的化學方程式為4Ca5P3FO12 +21SiO2+30C20CaSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑，故答案為：4Ca5P3FO12 +21SiO2+30C20CaSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑。