Question

资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。磷尾矿主要含Ca₅(PO₄)₃F和CaCO₃·MgCO₃ 。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案，制备具有重要工业用途的CaCO₃、Mg(OH)₂、P₄和H₂，其简化流程如下：

已知：①Ca₅(PO₄)₃F在950℃不分解；

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

（1）950℃煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是___________。

（2）实验室过滤所需的玻璃仪器是_____________。

（3）NH₄NO₃溶液能从磷矿I中浸取出Ca²⁺的原因是__________。

（4）在浸取液II中通入NH₃，发生反应的化学方程式是____________。

（5）工业上常用磷精矿[Ca₅(PO₄)₃F]和硫酸反应制备磷酸。已知25℃，101kPa时：

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

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

则Ca₅(PO₄)₃F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_________________。

Answer

（1）CO2

（2）漏斗、烧杯、玻璃棒；

（3）NH4＋ 水解使溶液呈酸性，与CaO、Ca(OH)2反应生成Ca2＋；

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

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

【解析】

试题分析：磷尾矿[主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3•MgCO3]在950℃下煅烧，其中碳酸钙和碳酸镁分解，生成气体的成分为二氧化碳(CO2)，磷矿Ⅰ的主要成分为Ca5(PO4)3F、CaO、MgO，NH4NO3溶液中铵离子水解呈酸性，可溶解CaO，得到的浸取液Ⅰ含有Ca2+，可生成CaCO3，磷矿Ⅱ含有Ca5(PO4)3F、MgO，加入硫酸铵浸取，浸取液Ⅱ含有镁离子，可生成氢氧化镁，磷精矿加入二氧化硅、C等，在高温下发生4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4。

（1）根据题给化学工艺流程和信息①知磷尾矿[主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3•MgCO3]在950℃下煅烧，其中碳酸钙和碳酸镁分解，生成气体的成分为二氧化碳(CO2)，故答案为：二氧化碳(CO2)；

（2）实验室过滤所需的玻璃仪器是烧杯、漏斗和玻璃棒，故答案为：烧杯、漏斗和玻璃棒；

（3）NH4NO3溶液中铵离子水解呈酸性，H+能从磷矿I中浸取出Ca2+，故答案为：NH4+水解使溶液呈酸性，与CaO、Ca(OH)2反应生成Ca2+；

（4）根据化学工艺流程判断浸取液II的主要成分为硫酸镁溶液，通入NH3，发生反应的化学方程式是MgSO4+2NH3+2H2O=Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4，故答案为：MgSO4+2NH3+2H2O=Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4；

（5）已知25℃，101kPa时：①CaO(s)+H2SO4(l)═CaSO4(s)+H2O(l)△H=-271kJ/mol，②5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)═Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)△H=-937kJ/mol，

根据盖斯定律：①×5-②得Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是

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

考点：考查了的相关知识。

【考点定位】考查制备实验方案的设计

【名师点晴】本题考查物质的制备，涉及化学反应原理，涉及化学反应速率、化学平衡、化学反应与能量等知识，题目难度较大，注意掌握实验的原理和流程，把握平衡常数的意义，试题计算量较大，充分培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力