题目
制备锂离子电池的正极材料的前体FePO4的一种流程如图：磷灰石 酸浸 粗H3PO4 纯化 H3PO4 FeSO4、H2O2 F ePO4-|||-调节pH资料：i．磷灰石的主要成分是Ca5（PO4）3Fii．Ca（H2PO4）2可溶于水，CaSO4•2H2O微溶于水iii．Ksp（FePO4）=1.3×10-22（1）酸浸制粗H3PO4用H3PO4溶液、H2SO4溶液浸取磷灰石生成HF、CaSO4•2H2O和H3PO4。①加入H3PO4溶液、H2SO4溶液的顺序为 ____ 。②写出该反应的化学方程式： ____ 。③“酸浸”时能否要浓盐酸代替硫酸？ ____ （判断并说明理由）。（2）纯化制备H3PO4已知纯磷酸（熔点为42℃，沸点261℃），高于100℃时会脱水生成焦磷酸。则由85%的粗磷酸纯化制纯磷酸的实验操作为 ____ 。（3）制备FePO4①已知25℃时H3PO4电离平衡常数Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13则Na2HPO4水解平衡常数为 ____ （保留2位有效数字）。②已知：制备FePO4反应原理为Fe2（SO4）3+2Na2HPO4═2FePO4↓+2Na2SO4+H2SO4，不同pH对磷酸铁沉淀的影响如图所示。请补充以酸性FeSO4（含少量Al3+）的溶液制备较纯净的FePO4的实验方案：取一定量FeSO4溶液， ____ ，固体干燥，得到FePO4。（须使用的试剂：1mol•L-1NaOH溶液、1mol•L-1H2SO4溶液、1mol•L-1Na2HPO4溶液、3%H2O2溶液、BaCl2溶液）磷灰石 酸浸 粗H3PO4 纯化 H3PO4 FeSO4、H2O2 F ePO4-|||-调节pH
制备锂离子电池的正极材料的前体FePO4的一种流程如图：
资料：i．磷灰石的主要成分是Ca5（PO4）3F
ii．Ca（H2PO4）2可溶于水，CaSO4•2H2O微溶于水
iii．Ksp（FePO4）=1.3×10-22
（1）酸浸制粗H3PO4
用H3PO4溶液、H2SO4溶液浸取磷灰石生成HF、CaSO4•2H2O和H3PO4。
①加入H3PO4溶液、H2SO4溶液的顺序为 ____ 。
②写出该反应的化学方程式： ____ 。
③“酸浸”时能否要浓盐酸代替硫酸？ ____ （判断并说明理由）。
（2）纯化制备H3PO4
已知纯磷酸（熔点为42℃，沸点261℃），高于100℃时会脱水生成焦磷酸。则由85%的粗磷酸纯化制纯磷酸的实验操作为 ____ 。
（3）制备FePO4
①已知25℃时H3PO4电离平衡常数Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13
则Na2HPO4水解平衡常数为 ____ （保留2位有效数字）。
②已知：制备FePO4反应原理为Fe2（SO4）3+2Na2HPO4═2FePO4↓+2Na2SO4+H2SO4，不同pH对磷酸铁沉淀的影响如图所示。请补充以酸性FeSO4（含少量Al3+）的溶液制备较纯净的FePO4的实验方案：取一定量FeSO4溶液， ____ ，固体干燥，得到FePO4。（须使用的试剂：1mol•L-1NaOH溶液、1mol•L-1H2SO4溶液、1mol•L-1Na2HPO4溶液、3%H2O2溶液、BaCl2溶液）
资料：i．磷灰石的主要成分是Ca5（PO4）3F
ii．Ca（H2PO4）2可溶于水，CaSO4•2H2O微溶于水
iii．Ksp（FePO4）=1.3×10-22
（1）酸浸制粗H3PO4
用H3PO4溶液、H2SO4溶液浸取磷灰石生成HF、CaSO4•2H2O和H3PO4。
①加入H3PO4溶液、H2SO4溶液的顺序为 ____ 。
②写出该反应的化学方程式： ____ 。
③“酸浸”时能否要浓盐酸代替硫酸？ ____ （判断并说明理由）。
（2）纯化制备H3PO4
已知纯磷酸（熔点为42℃，沸点261℃），高于100℃时会脱水生成焦磷酸。则由85%的粗磷酸纯化制纯磷酸的实验操作为 ____ 。
（3）制备FePO4
①已知25℃时H3PO4电离平衡常数Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13
则Na2HPO4水解平衡常数为 ____ （保留2位有效数字）。
②已知：制备FePO4反应原理为Fe2（SO4）3+2Na2HPO4═2FePO4↓+2Na2SO4+H2SO4，不同pH对磷酸铁沉淀的影响如图所示。请补充以酸性FeSO4（含少量Al3+）的溶液制备较纯净的FePO4的实验方案：取一定量FeSO4溶液， ____ ，固体干燥，得到FePO4。（须使用的试剂：1mol•L-1NaOH溶液、1mol•L-1H2SO4溶液、1mol•L-1Na2HPO4溶液、3%H2O2溶液、BaCl2溶液）
题目解答
答案
解：（1）①因为Ca（H2PO4）2可溶于水，（CaSO4•2H2O）微溶于水，磷灰石的主要成分是（Ca5（PO4）3F，先加入H3PO4溶液转化为可溶于水的Ca（H2PO4）2，再加入H2SO4溶液进行反应，
故答案为：先加入H3PO4溶液，再加入H2SO4溶液；
②用H3PO4溶液、H2SO4溶液浸取磷灰石生成HF、CaSO4•2H2O和H3PO4，反应的化学方程式为Ca5（PO4）3F+5H2SO4+2H2O=5CaSO4•2H2O+HF+3H3PO4，
故答案为：Ca5（PO4）3F+5H2SO4+2H2O=5CaSO4•2H2O+HF+3H3PO4；
③“酸浸”时不能用浓盐酸代替硫酸，因为氯化钙易溶于水，硫酸钙微溶于水，无法得到（CaSO4•2H2O，
故答案为：不能，因为氯化钙易溶于水，硫酸钙微溶于水，无法得到CaSO4•2H2O；
（2）过饱和溶液暂时处于亚稳态，当加入一些固体的晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶，因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶种促进其结晶，由85%的粗磷酸纯化制纯磷酸的实验操作为减压蒸馏除水、结晶除杂，
故答案为：减压蒸馏除水、结晶除杂；
（3）①已知25℃时H3PO4电离平衡常数Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13，Na2HPO4+H2O⇌NaH2PO4+NaOH，则Na2HPO4水解平衡常数为Kh=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{6.2×1{0}^{-8}}$=1.61×10-7，
故答案为：1.61×10-7；
②由题意可知，需先将亚铁离子氧化为铁离子，再加入磷酸一氢钠调节pH为2.5使沉淀率最高，因此补充实验方案为：加入足量的3%双氧水溶液，充分反应，使FeSO4溶液全部被氧化为Fe2（SO4）3溶液，边搅拌边将1mol⋅L-1Na2HPO4溶液缓慢加入到Fe2（SO4）3溶液中，至溶液的pH约为2.5，过滤，洗涤至最后一次洗涤液加入BaCl2溶液无沉淀出现，
故答案为：加入足量的3%双氧水溶液，充分反应，使FeSO4溶液全部被氧化为Fe2（SO4）3溶液，边搅拌边将1mol⋅L-1Na2HPO4溶液缓慢加入到Fe2（SO4）3溶液中，至溶液的pH约为2.5，过滤，洗涤至最后一次洗涤液加入BaCl2溶液无沉淀出现。
故答案为：先加入H3PO4溶液，再加入H2SO4溶液；
②用H3PO4溶液、H2SO4溶液浸取磷灰石生成HF、CaSO4•2H2O和H3PO4，反应的化学方程式为Ca5（PO4）3F+5H2SO4+2H2O=5CaSO4•2H2O+HF+3H3PO4，
故答案为：Ca5（PO4）3F+5H2SO4+2H2O=5CaSO4•2H2O+HF+3H3PO4；
③“酸浸”时不能用浓盐酸代替硫酸，因为氯化钙易溶于水，硫酸钙微溶于水，无法得到（CaSO4•2H2O，
故答案为：不能，因为氯化钙易溶于水，硫酸钙微溶于水，无法得到CaSO4•2H2O；
（2）过饱和溶液暂时处于亚稳态，当加入一些固体的晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶，因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶种促进其结晶，由85%的粗磷酸纯化制纯磷酸的实验操作为减压蒸馏除水、结晶除杂，
故答案为：减压蒸馏除水、结晶除杂；
（3）①已知25℃时H3PO4电离平衡常数Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13，Na2HPO4+H2O⇌NaH2PO4+NaOH，则Na2HPO4水解平衡常数为Kh=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{6.2×1{0}^{-8}}$=1.61×10-7，
故答案为：1.61×10-7；
②由题意可知，需先将亚铁离子氧化为铁离子，再加入磷酸一氢钠调节pH为2.5使沉淀率最高，因此补充实验方案为：加入足量的3%双氧水溶液，充分反应，使FeSO4溶液全部被氧化为Fe2（SO4）3溶液，边搅拌边将1mol⋅L-1Na2HPO4溶液缓慢加入到Fe2（SO4）3溶液中，至溶液的pH约为2.5，过滤，洗涤至最后一次洗涤液加入BaCl2溶液无沉淀出现，
故答案为：加入足量的3%双氧水溶液，充分反应，使FeSO4溶液全部被氧化为Fe2（SO4）3溶液，边搅拌边将1mol⋅L-1Na2HPO4溶液缓慢加入到Fe2（SO4）3溶液中，至溶液的pH约为2.5，过滤，洗涤至最后一次洗涤液加入BaCl2溶液无沉淀出现。