Question

【題目】磷酸二氫鉀(KH2PO4)在工業、農業、醫藥及食品等行業均有廣泛的應用。利用氟磷灰石(化學式為Ca5P3FO12)制備磷酸二氫鉀的工藝流程如圖所示(部分流程步驟已省略)：

其中，萃取是因為KCl和H3PO4產生的HCl易溶于有機萃取劑。請回答下列問題：

(1)氟磷灰石(Ca5P3FO12)中磷元素的化合價是____。

(2)用化學反應原理解釋KCl和H3PO4生成KH2PO4的原因： ________。

(3)沸騰槽不能采用陶瓷材質的原因是_______(用化學方程式表示)。

(4)在得到N的流程中“……”的操作步驟是______、洗滌、干燥。

(5)在萃取過程中，影響萃取率的因素復雜，下圖是投料比對萃取率的影響曲線，在實際操作中，應選擇投料比的范圍是___(填序號)。

A．0.2～0.4 B．0.4～0.6 C．0.6～0.8 D．0.8～1.0 E．1.0～1.2

(6)電解法制備KH2PO4是用石墨作電極，將電解槽分為a區和b區，中間用陽離子交換膜隔離，a區為3 mol·L－1 H3PO4，b區為3 mol·L－1 KCl。陽極區為____(填“a”或“b”)區，其電極反應式是________。

Answer 1

【答案】＋5 該反應是KCl＋H3PO4KH2PO4＋HCl，加入有機萃取劑后，HCl被萃取到有機層中，水溶液中c(HCl)減小，使得平衡向生成KH2PO4的方向移動 4HF＋SiO2=2H2O＋SiF4 (減壓)蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾 E b 2Cl－－2e－=Cl2↑

【解析】

(1)氟磷灰石(Ca5P3FO12)中Ca、F、O的化合價分別為+2、-1、-2，依據化合物中各元素化合價為0的原則，磷元素的化合價是＋5。

(2)依據復分解反應發生的條件，KCl和H3PO4不能發生反應，現在反應能發生，說明生成物中至少有一種物質的濃度減少，據反應的實際情況，只能是萃取劑所起的作用。從而得出生成KH2PO4的原因：該反應是KCl＋H3PO4KH2PO4＋HCl，加入有機萃取劑后，HCl被萃取到有機層中，水溶液中c(HCl)減小，使得平衡向生成KH2PO4的方向移動。

(3)沸騰槽不能采用陶瓷材質的原因是4HF＋SiO2=2H2O＋SiF4。

(4)在得到N的流程中“……”的操作步驟，也就是從溶液中獲得溶質的方法，(減壓)蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。

(5)在萃取過程中，影響萃取率的因素復雜，在實際操作中，選擇投料比時，以轉化率高為佳，故的范圍是1.0～1.2。答案為：E

(6)電解法制備KH2PO4是用石墨作電極，將電解槽分為a區和b區，中間用陽離子交換膜隔離，a區為3 mol·L－1 H3PO4，b區為3 mol·L－1 KCl。因為H3PO4應得電子，生成H2和H2PO4-，所以H3PO4應在陰極區，從而得出KCl在陽極區。陽極區為b區。其電極反應式是2Cl－－2e－=Cl2↑。