Question

【題目】用磷鐵渣(含Fe、FeP、Fe2P及少量雜質(zhì))制備FePO4·2H2O(磷酸鐵)的工藝流程如下：

(1)“浸取”時(shí)，在密閉反應(yīng)器中加入硝酸、硫酸及活性炭，硝酸首先分解生成NO2和O2，O2將鐵和磷分別氧化為Fe2O3、P2O5。

①Fe2P與O2反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。

②加入硫酸的目的是__________；加入活性炭能降低有害氣體的產(chǎn)生，這是因?yàn)?/span>__________。

③c(HNO3)與磷鐵渣溶解率關(guān)系，如題圖-1所示，當(dāng)c(HNO3)在1.5~2.0mol·L-1時(shí)，磷鐵渣溶解率隨硝酸的濃度增大而減小的原因是__________

圖-1

圖-2

(2)“制備”時(shí)，溶液的pH對磷酸鐵產(chǎn)品中鐵和磷的含量及n(Fe)/n(P)比值的影響，如題圖-2所示（考慮到微量金屬雜質(zhì)，在pH=1時(shí)，n(Fe)/n(P)為0.973最接近理論值]）。在pH范圍為1~1.5時(shí)，隨pH增大，n(Fe)/n(P)明顯增大，其原因是___________；寫出生成FePO4·2H2O的離子方程式：__________________________。

Answer 1

【答案】4Fe2P + 11O24Fe2O3 + 2P2O5 溶解Fe2O3等并保持體系的酸度 （活性炭具有吸附性）吸附NO2等 硝酸的分解速率大于硝酸分解產(chǎn)物中氧氣與磷鐵渣反應(yīng)的反應(yīng)速率（硝酸分解過快導(dǎo)致?lián)p失） pH增大，促進(jìn)了Fe3+水解，生成的Fe(OH)3混入產(chǎn)品中 Fe3+ +H3PO4 +nNH3·H2O+(2-n)H2O=FePO4·2H2O↓+nNH4++(3-n)H+（n=1，2，3，均給分）

【解析】

磷鐵礦在90℃與硝酸、硫酸、活性炭作用，得到Fe3＋、H3PO4等，過濾除去不可溶性的雜質(zhì)，加入H3PO4調(diào)節(jié)P和Fe的比例，加入氨水，得到產(chǎn)物。

(1) ①根據(jù)題干信息，O2將Fe和P分別氧化為Fe2O3和P2O5，根據(jù)得失電子守恒和質(zhì)量守恒，化學(xué)方程式為4Fe2P + 11O24Fe2O3 + 2P2O5；

②題干信息，首先硝酸分解得到NO2和O2，氧氣將Fe2P氧化得到Fe2O3，但是經(jīng)過浸取后，得到含有Fe3＋、H3PO4的溶液，加入硫酸，可以溶解Fe2O3，也可以維持酸性環(huán)境，防止Fe3＋水解，因此加入硫酸的目的是溶解Fe2O3等并保持體系的酸度；硝酸分解可以得到有害氣體NO2，而活性炭的體表面積較大，可以吸附NO2等有害氣體；

③硝酸的濃度越大，其分解速率越快，導(dǎo)致浸取率降低；答案為硝酸的分解速率大于硝酸分解產(chǎn)物中氧氣與磷鐵渣反應(yīng)的反應(yīng)速率（硝酸分解過快導(dǎo)致?lián)p失）；

(2)pH開始增大時(shí)，促進(jìn)溶液中的Fe3＋水解生成Fe(OH)3混入產(chǎn)品中，導(dǎo)致n(Fe)/n(P)明顯增大；調(diào)節(jié)好Fe、P比例的溶液中，含有Fe3＋、H3PO4，加入NH3·H2O得到FePO4，根據(jù)原子守恒和電荷守恒，離子方程式為Fe3＋＋H3PO4＋3NH3·H2O=FePO4·2H2O↓＋3NH4＋＋H2O，如果NH3·H2O少量，H＋沒有完全中和，離子方程式可表示為Fe3+ +H3PO4 +nNH3·H2O+(2-n)H2O=FePO4·2H2O↓+nNH4++(3-n)H+。