Question

【題目】利用氟磷灰石［(Ca5(PO4)3F)］生產磷銨［(NH4)3PO4］并制取硫酸、聯產水泥。其工藝流程如下圖所示：

（1）操作I的名稱________________；在實驗室中操作II包括___________、____________。

（2）沸騰槽的材質是_______________(從“玻璃”、“鋼鐵”、“附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨”中選擇)，選擇的理由是__________________________________________________

（3）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，反應方程式為：_________________________________________。

（4）黏土中有一種成分為石脂(Al2[OH]4Si2O5·nH2O)，其用氧化物表示為____________。

（5）已知SO2的催化氧化反應為2SO2(g)十O2(g) 2SO3(g) △H＜0。

從化學反應原理的角度說明催化氧化時使用熱交換器的原因__________________。

（6）制硫酸所產生的尾氣除了含有N2、O2外，還含有SO2、微量的SO3和酸霧。擬用下圖所示的裝置測定硫酸尾氣中SO2的含量：

若下列各組中的試劑，前者濃度為0．1mol·L-1，后者適量，溶液體積為5mL；通入尾氣10L(已換算為標準狀況)時反應管中的溶液恰好變色。判斷下列試劑組能否測定硫酸尾氣中SO2的體積分數。能者，確定SO2的體積分數；不能者，說明原因。

編號	試劑組	結論
①	NaOH溶液、酚酞試液
②	Na2CO3溶液、酚酞試液
③	碘水、淀粉溶液
④	KMnO4溶液、稀硫酸

Answer 1

【答案】（1）過濾；蒸發濃縮、冷卻結晶

（2）附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨；因為酸性且加熱，鋼鐵易被溶解，反應產生HF，HF能腐蝕玻璃

（3）4Ca5(PO4)3F+21SiO2+30C 20CaSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑

（4）Al2O3·2SiO2·(n+2)H2O

（5）移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體

（6） ①不能，因為SO2和CO2均可以與NaOH溶液反應，且產物Na2SO3、NaCO3的溶液仍然為堿性，不能確定反應終點②不能，因為SO2可以與Na2CO3溶液反應生成Na2SO3，反應后溶液仍然為堿性，不能確定反應終點③0.112%④0.28%

【解析】

試題分析：（1）操作Ⅰ得到的是H3PO4液體和石青固體，所以是過濾;在實驗室中操作II的目的是從溶液中得到晶體，包括蒸發濃縮、冷卻結晶，故答案為：過濾；蒸發濃縮、冷卻結晶；

（2）因為沸騰槽中的反應是在酸性且加熱的條件下進行的，此條件下鋼鐵易被酸溶解，反應產生了HF,HF能腐蝕玻璃。聚偏氟乙烯防腐層不用熱硫酸和HF反應，故沸騰槽應選用附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨材質，故答案為：附有聚偏氟乙烯防腐層的石墨；因為酸性且加熱，鋼鐵易被溶解，反應產生HF，HF能腐蝕玻璃；

（3）工業上還可以用氮磷灰石與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1500℃生成白磷，同時逸出SiF4和CO，可以先寫出：Ca5 (PO4) 3F+SiO2+C CaSiO3+P4+SiF4↑+CO↑，再配平，故答案為：4Ca5(PO4)3F+21SiO2+30C 20CaSiO3+3P4+SiF4↑+30CO↑；

（4）石脂(Al2[OH]4Si2O5·nH2O)，它可以用氧化物表示為Al2O3·2SiO2·(n+2)H2O，故答案為：Al2O3·2SiO2·(n+2)H2O；

（5）催化氧化時使用熱交換器的原因是移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫，有利于平衡正向移動，并預熱未反應的氣體，從而加快初始反應速率，故答案為：移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體；

（6）①不能，因為SO2和CO2均可以與NaOH溶液反應，且產物Na2SO3, Na2CO3的溶液仍然為堿性，不能確定反應終點；

②不能，因為SO2可以與Na2CO3溶液反應生成Na2SO3，反應后溶液仍然為堿性，不能確定反應終點；

③用淀粉作指示劑，可以證明I2反應完全:I2+SO2+2H2O=H2SO4+2HI，n(SO2)=n(I2) =0. 1mo1/L×5×10-3L=0. 5×10-3mol, V (SO2)=0. 5×10-3mo1×22. 4 L/mol=1. 12×10-2L,故尾氣中SO2的體積分數是0.112%，故答案為：0.112%；

④高錳酸鉀溶液本身的紫色可以作終點指示，故可以用來測定硫酸尾氣中SO2的體積分數。由于5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4，按反應關系可以得到尾氣中SO2的體積分數是0.28%，故答案為：0.28%。