Question

【題目】資源的高效利用對(duì)保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用。磷尾礦主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3 。某研究小組提出了磷尾礦綜合利用的研究方案，制備具有重要工業(yè)用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2，其簡化流程如下：

已知：①Ca5(PO4)3F在950℃不分解；

②4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4

請(qǐng)回答下列問題：

（1）950℃煅燒磷尾礦生成氣體的主要成分是___________。

（2）實(shí)驗(yàn)室過濾所需的玻璃儀器是_____________。

（3）NH4NO3溶液能從磷礦Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是__________。

（4）在浸取液Ⅱ中通入NH3，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________。

（5）工業(yè)上常用磷精礦[Ca5(PO4)3F]和硫酸反應(yīng)制備磷酸。已知25℃，101kPa時(shí)：

CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271kJ/mol

5 CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)= Ca5(PO4)3F (s)+5H2O(l) ΔH=-937kJ/mol

則Ca5(PO4)3F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學(xué)方程式是_________________。

（6）在一定條件下CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，當(dāng)CO與H2O(g)的起始物質(zhì)的量之比為1:5，達(dá)平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化了。若a kg含Ca5(PO4)3F（相對(duì)分子質(zhì)量為504）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的磷尾礦，在上述過程中有b%的Ca5(PO4)3F轉(zhuǎn)化為P4，將產(chǎn)生的CO與H2O(g)按起始物質(zhì)的量之比1:3混合，則相同條件下達(dá)平衡時(shí)能產(chǎn)生H2________kg。

Answer 1

【答案】（1）CO2

（2）漏斗、燒杯、玻璃棒

（3）NH4＋ 水解使溶液呈酸性，與CaO、Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca2＋

（4）MgSO4+2NH3+2H2O===Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4

（5）Ca5(PO4)3F (s)+ 5H2SO4(l)=5CaSO4(s) +H3PO4(l)+HF(g) ΔH =-418kJ/mol

（6）

【解析】（1）根據(jù)題給化學(xué)工藝流程和信息①知磷尾礦[主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3 ]在950℃下煅燒，其中碳酸鈣和碳酸鎂分解，生成氣體的成分為二氧化碳（CO2）。

（2）實(shí)驗(yàn)室過濾所需的玻璃儀器是燒杯、漏斗和玻璃棒。

（3）NH4NO3溶液中銨離子水解呈酸性，與CaO、Ca(OH)2反應(yīng)生成Ca2＋。

（4）根據(jù)化學(xué)工藝流程判斷浸取液II的主要成分為硫酸鎂溶液，通入NH3，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是MgSO4+2NH3+2H2O===Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4 。

（5）已知25℃，101kPa時(shí)：

①CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l) ΔH =-271kJ/mol

②5 CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)= Ca5(PO4)3F (s)+5H2O(l) ΔH =-937kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律：①×5-②得Ca5(PO4)3F和硫酸反應(yīng)生成磷酸的熱化學(xué)方程式是Ca5(PO4)3F (s)+ 5H2SO4(l)=5CaSO4(s) +H3PO4(l)+HF(g) ΔH =-418kJ/mol 。

（6）根據(jù)題給數(shù)據(jù)利用三段式分析。設(shè)CO的起始濃度為1 mol/L，則水蒸氣的起始濃度為5 mol/L

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始濃度（mol/L）1 5 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）5/6 5/6 5/6 5/6

平衡濃度（mol/L）1/6 25/6 5/6 5/6

則K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)=1。相同條件下當(dāng)CO與H2O(g)的起始物質(zhì)的量之比為1:3，平衡常數(shù)不變，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO為x mol。

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始濃度（mol/L）1 3 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）x x x x

平衡濃度（mol/L）(1-x) (3-x) x x

則x2/(1-x)(3-x)=1,解得x=3/4，即達(dá)平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化了3/4 mol。轉(zhuǎn)化為P4的Ca5(PO4)3F質(zhì)量為a×10%×b%kg，根據(jù)反應(yīng)4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4知生成CO的質(zhì)量為（30×28×a×10%×b%）/（4×504）kg，則轉(zhuǎn)化的CO的質(zhì)量為3（30×28×a×10%×b%）/4（4×504）kg，根據(jù)反應(yīng)：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)知相同條件下達(dá)平衡時(shí)能產(chǎn)生H2的質(zhì)量為3（30×28×a×10%×b%）/56（4×504）kg=kg。