[化学——选修2：化学与技术](15分)

磷矿石主要以磷酸钙[Ca₃(PO₄)₂·H₂O]和磷灰石 [Ca₅F(PO₄)₃、Ca₅(OH)(PO₄)₃]等形式存在。图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况，其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。

(a)

(b)

部分物质的相关性质如下：

回答下列问题：

(1)世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的________%。

(2)以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca₅F(PO₄)₃反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

现有1 t折合含有P₂O₅约30%的磷灰石，最多可制得85%的商品磷酸________t。

(3)如图(b)所示，热法磷酸生产过程的第一步是将SiO₂、过量焦炭与磷灰石混合，高温反应生成白磷。炉渣的主要成分是________(填化学式)，冷凝塔1的主要沉积物是________，冷凝塔2的主要沉积物是________。

(4)尾气中主要含有____________________，还含有少量的PH₃、H₂S和HF等。将尾气先通入纯碱溶液，可除去____________；再通入次氯酸钠溶液，可除去________。(均填化学式)

(5)相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是________________________________________________________________________。

答案

(1)69　(2)Ca₅F(PO₄)₃＋5H₂SO₄===3H₃PO₄＋5CaSO₄＋HF↑　0.49　(3)CaSiO₃　液态白磷　固态白磷　(4)SiF₄、CO　SiF₄、HF、H₂S　PH₃　(5)产品纯度高(浓度大)

[解析] (1)设磷矿石的质量为m，结合图(a)可知转化成磷肥的磷矿石的质量为96%m×85%×80%，转化成矿粉肥的质量为4%m，则用于生产含磷肥料的磷矿石约占磷矿石使用量的69%。(2)湿法磷肥中Ca₅F(PO₄)₃与H₂SO₄的反应为Ca₅F(PO₄)₃＋5H₂SO₄===3H₃PO₄＋5CaSO₄＋HF↑。根据P₂O₅～2H₃PO₄和0.3 t P₂O₅可求出制得85%的H₃PO₄约为0.49 t。(3)图(b)所示工艺中，第一步所得炉渣主要成分为CaSiO₃，结合表格中数据信息可确定冷凝塔1和冷凝塔2的主要沉积物分别为液态白磷和固态白磷。(4)尾气中含有SiF₄、CO和PH₃、H₂S、HF等，将其通入纯碱溶液中可除去气体SiF₄、H₂S和HF，再通入NaClO溶液可除去具有还原性的PH₃气体。(5)结合图(a)和图(b)可知图(b)具有产品纯度高的优点。