Question

磷矿石的主要成分是Ca₅F(PO₄)₃，并含有少量MgO、Fe₂O₃等杂质。工业上以磷矿石为原料制备H₃PO₄，一种生产流程如下：

已知：Ca₅F(PO₄)₃ + 7H₃PO₄→5Ca(H₂PO₄)₂ + HF

38、写出有关操作的名称：Ⅰ___________、Ⅲ_________。工艺流程中设计操作Ⅱ与Ⅲ的目的是__________________________________。

39、若在实验室里采用此种方法溶解磷矿石，请写出必须的实验注意事项，并说明理由：_____________。

40、磷矿石也可直接用硫酸溶解，两种工艺相比，该工艺的优点是____________________。

41、测定产品磷酸的浓度可采用滴定法。准确量取10.00 mL磷酸产品（密度为1.526g/cm³）溶于水配成1L溶液；取稀释后的溶液20.00mL，以甲基橙为指示剂，用0.103 mol/L标准NaOH溶液滴定；当观察到溶液恰好变色，且在半分钟内不变色，即为滴定终点（生成NaH₂PO₄），消耗标准溶液20.16 mL。

该实验过程中需要的定量仪器有______________________________（写名称）。

42、若理论上滴定应耗用标准溶液20.20 mL，则相对误差为______________（按近似计算法则）。该产品中磷酸的质量分数为_____________（保留3位小数）。

Answer

过滤 萃取 除去磷酸粗品中的杂质Mg2+、Fe3+等 不能使用玻璃器皿，因为HF会腐蚀玻璃。或要在密闭系统中进行，因为HF有剧毒 避免生成的石膏沉积在磷矿石表面，阻碍反应顺利进行 滴定管 1000 mL容量瓶 -0.2% 0.667

【解析】

磷矿石的主要成分是Ca5F（PO4）3，并含有少量MgO、Fe2O3等杂质，磷矿石加入稀磷酸溶解生成磷酸二氢钙和氟化氢，加入硫酸沉淀除除氟，过滤得到彻底石膏，滤液为磷酸粗品，磷酸粗品中含有H+、Ca2+、Mg2+、Fe3+离子，加入萃取剂萃取，分液后再加入水反萃取，用来除去磷酸粗品中的杂质Mg2+、Fe3+等，得到溶液浓缩得到较纯净的磷酸；

（1）操作Ⅰ通过过滤分离出石膏，根据图示，磷酸粗品中含有H+、Ca2+、Mg2+、Fe3+离子，操作Ⅱ、Ⅲ是萃取和反萃取，用来除去磷酸粗品中的杂质Mg2+、Fe3+等；

（2）HF具有腐蚀性，能够腐蚀玻璃，不能使用玻璃仪器溶解磷矿石；

（3）直接用硫酸溶解磷矿石，生成的石膏会沉积在磷矿石表面；

（3）根据萃取操作用到的仪器完成；根据萃取操作中对萃取剂要求分析；

（4）定量仪器是准确量取溶液的滴定管，配制1L溶液的容量瓶；

（5）相对误差= ×100%，根据生成产物NaH2PO4和氢氧化钠的关系式及滴定数据，计算出磷酸产品的质量分数。

38.操作Ⅰ通过过滤分离出石膏，根据图示，磷酸粗品中含有H+、Ca2+、Mg2+、Fe3+离子，操作Ⅱ、Ⅲ是萃取和反萃取，萃取时，必须满足萃取剂与水互不相溶、萃取的物质在水中的溶解度较小，工艺流程中设计操作Ⅱ与Ⅲ的目的是用来除去磷酸粗品中的杂质Mg2+、Fe3+等；

故答案为：过滤；萃取；除去磷酸粗品中的杂质Mg2+、Fe3+等；
39.若在实验室里采用此种方法溶解磷矿石，由于HF具有腐蚀性，能够腐蚀玻璃，所以不能使用玻璃仪器，或要在密闭系统中进行，因为HF有剧毒；

故答案为：不能使用玻璃器皿，因为HF会腐蚀玻璃或要在密闭系统中进行，因为HF有剧毒；

40.如果直接用硫酸溶解磷矿石，生成的石膏会沉积在磷矿石表面，该工艺避免了生成的石膏沉积在磷矿石表面；

故答案为：避免生成的石膏沉积在磷矿石表面；

41.准确量取10.00mL磷酸产品（密度为1.526g/cm3）溶于水配成1L溶液；取稀释后的溶液20.00mL，以甲基橙为指示剂，用0.103mol/L标准NaOH溶液滴定，该实验过程中需要的定量仪器有准确量取溶液的滴定管，配制溶液所需的1000mL的容量瓶；

故答案为：滴定管、1000mL容量瓶；

42.相对误差=×100%=×100%=-0.2%；磷酸产品的质量是：10.00mL×1.526g/cm3=15.26g，1L磷酸产品配成的溶液消耗0.103mol/L标准NaOH溶液的体积为：20.16mL×=1.008L，磷酸与氢氧化钠反应的关系式为：H3PO4～NaH2PO4～NaOH，n（H3PO4）=n（NaOH）=0.103mol/L×1.008L≈0.1040mol，所以该磷酸产品的质量分数为：×100%≈66.7%；

故答案为：-0.2%；66.7%。