Question

磷酸铝(AlPO₄)是一种用途广泛的材料，在建筑、耐火材料、化工等方面具有广泛的应用前景。以磷硅渣[主要成分为Ca₃(PO₄)₂、Al₂O₃、SiO₂和V₂O₅等]为原料制备磷酸铝的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)酸浸液中含磷元素的主要粒子是____________(填化学式，下同)，浸渣中的主要化学成分是____________。

(2)生石灰除了调节pH外，另一作用是____________。

(3)滤液中钒元素以V₃O₉^3－形式存在，V₃O₉^3－易水解为[VO₃(OH)]^2－，该水解反应的离子方程式为_______。

(4)碱浸时，粗磷酸铝转化为可溶性溶质，则可溶性溶质分别是____________(填化学式)。

(5)实验测得pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图所示：

则最优反应条件是_______。

(6)固相反应制备磷酸铝的方法之一是在900℃的焙烧炉内加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物，写出该反应的化学方程式：____________。

(7)已知：Ksp(AlPO₄)=6.3×10^－19、K_sp[Ca₃(PO₄)₂]=2.0×10^－29。在物质的量浓度分别为0.01mo·L^－1的CaCl₂和AlCl₃的混合溶液中加入等体积的Na₃PO₄溶液，若使A1³⁺恰好沉淀完全，即溶液中c(A1³⁺)=1.0×10^－5mol·L^－1，此时是否有Ca₃(PO₄)₂沉淀生成：____________(列式计算)。

Answer

H3PO4 SiO2、CaSO4 除去过量的SO42- V3O93- + 3H2O ⇌ 3[VO3(OH)]2- + 3H+ NaAlO2、Na3PO4 pH=12、温度为80℃、时间为1h Al2O3 + 2NH4H2PO4 2AlPO4+2NH3↑+3H2O Al3+恰好沉淀完全时，，，因此不会生成Ca3(PO4)2沉淀

【解析】

(1)酸浸时，Ca3(PO4)2发生反应Ca3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+2H3PO4，SiO2不与硫酸反应；

(2)加入生石灰除了调节pH外，还会生成CaSO4，从而脱硫；

(3)根据水解的概念以及水解的产物书写水解离子方程式；

(4)碱浸时，粗磷酸铝发生的反应为AlPO4+4NaOH=NaAlO2+Na3PO4+2H2O；

(5)由流程可知，碱浸时，固相中P、Al含量要低；

(6)由信息可知，该反应无化合价变化，故生成氨气，由元素守恒配平；

(7)根据溶度积规则计算。

(1)酸浸时，Ca3(PO4)2发生反应Ca3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+2H3PO4，SiO2不与硫酸反应，故酸浸液中含磷元素的主要粒子是H3PO4；浸渣中含有SiO2、CaSO4，故答案为：H3PO4；SiO2、CaSO4；

(2)用生石灰除了调节pH外，同时起到脱硫的作用，生成CaSO4，故答案为：除去过量的SO42-；

(3)V3O93－易水解为[VO3(OH)]2－，水解反应的离子方程式为V3O93- + 3H2O ⇌ 3[VO3(OH)]2- + 3H+，故答案为：V3O93- + 3H2O ⇌ 3[VO3(OH)]2- + 3H+；

(4)碱浸时，粗磷酸铝发生的反应为AlPO4+4NaOH=NaAlO2+Na3PO4+2H2O，则可溶性溶质分别是NaAlO2、Na3PO4，故答案为：NaAlO2、Na3PO4；

(5)由流程可知，碱浸时，固相中P、Al含量要低，故最优反应条件是pH=12、温度为80℃、时间为1h，故答案为：pH=12、温度为80℃、时间为1h；

(6)由信息可知，该反应无化合价变化，故生成氨气，由元素守恒配平，可得该反应的化学方程式Al2O3 + 2NH4H2PO4 2AlPO4+2NH3↑+3H2O，故答案为：Al2O3 + 2NH4H2PO4 2AlPO4+2NH3↑+3H2O；

(7) Al3+恰好沉淀完全时，，，因此不会生成Ca3(PO4)2沉淀，故答案为：Al3+恰好沉淀完全时，，，因此不会生成Ca3(PO4)2沉淀。