Question

【題目】[2019·福建省廈門市高中畢業(yè)班5月第二次質量檢查]一種以磷酸工業(yè)副產(chǎn)物磷石膏(主要成分為CaSO4，雜質含H3PO4，SiO2，Al2O3等)制取高純硫酸鈣的流程如圖所示。

（1）磷石膏廢棄會造成的環(huán)境問題為___________；

（2）“堿溶”中Al2O3發(fā)生反應的化學方程式為_________；

（3）含硅與含鋁組分分布系數(shù)與pH關系如下圖：

①“調(diào)pH”時，溶液的pH應調(diào)節(jié)為__________；

②Ksp[Al(OH)3]=__________；

③Al(OH)3(aq)+H2O[Al(OH)4](aq)+H+(aq)，則Ka[Al(OH)3]=__________；

（4）“電解”采用雙極膜電滲析法，裝置如下圖。

①“某極電解液”為________(填“X”、“Y”或“Z”)極。

②陰極電極反應式為____________。

（5）流程中可循環(huán)利用的物質有________________(填化學式)。

Answer 1

【答案】水體富營養(yǎng)化 Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] 7 1.0×10-33 10-12.8 X 2H++2e-=H2↑ NaOH、HCl

【解析】

(1)磷元素是植物生長需要的營養(yǎng)元素，磷石膏廢棄會造成的環(huán)境問題為水體富營養(yǎng)化；

(2) Al2O3是兩性氧化物，可以與強堿反應產(chǎn)生鹽和水；

(3)①調(diào)整溶液的pH，使Si元素形成沉淀，而Al元素以[Al(OH)4]-存在于溶液中；

②根據(jù)形成Al(OH)3沉淀的pH分析Ksp[Al(OH)3]大小；

③根據(jù)電離平衡常數(shù)的概念計算；

(4)①根據(jù)某極電解液的作用是沉鈣，分析所屬電極名稱；

②根據(jù)陰極上溶液中的陽離子放電，結合離子的放電順序分析判斷；

③根據(jù)兩個電極放電后產(chǎn)生的物質分析循環(huán)利用的物質。

(1)磷元素是植物生長需要的營養(yǎng)元素，在磷石膏中含有H3PO4，若磷石膏廢棄，磷酸溶于水，會電離產(chǎn)生H2PO4-、HPO42-，為植物生長提供營養(yǎng)元素，使植物瘋狂生長，故磷石膏廢棄會造成的環(huán)境問題為水體富營養(yǎng)化；

(2) Al2O3是兩性氧化物，可以與NaOH溶于發(fā)生反應產(chǎn)生Na[Al(OH)4]，反應方程式為Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]；

(3)①根據(jù)圖象可知在溶液的pH=7時，Si元素以H4SiO4沉淀的形式存在，而Al元素以Al(OH)3沉淀的形式存在，故調(diào)整溶液的pH=7；

②由圖象可知：當溶液的pH大約為pH=3時形成Al(OH)3沉淀，c(H+)=10-3，則根據(jù)水的離子積常數(shù)可得此時溶液中c(OH-)==10-11，則Ksp[Al(OH)3]=1×(10-11)3=10-33；

③對于電離平衡：Al(OH)3(aq)+H2O[Al(OH)4]-(aq)+H+(aq)，當溶液的Al(OH)3(aq)的濃度與[Al(OH)4]-(aq)的濃度相等時，Ka[Al(OH)3]等于溶液中氫離子的濃度，所以Ka[Al(OH)3]==c(H+)=10-12.8；

(4)①“某極電解液”作用是沉鈣，應該為酸溶液，在電解裝置中，左邊為正極區(qū)，OH-向正極區(qū)移動，H+向X區(qū)移動，因此X區(qū)溶液為酸性溶液，故“某極電解液”為X極；

②在負極區(qū)，H+發(fā)生還原反應產(chǎn)生氫氣，因此陰極電極反應式為2H++2e-=H2↑；

③H+向X電極移動，Cl-移向X電極區(qū)，Na+移向Z電極區(qū)，OH-向Z電極區(qū)移動，所以X電極區(qū)產(chǎn)生HCl，Z電極區(qū)產(chǎn)生NaOH，反應產(chǎn)生的HCl、NaOH又可以在酸溶、堿溶中使用，故流程中可循環(huán)利用的物質有HCl、NaOH。