Question

16．磷的單質(zhì)和化合物有著重要的應(yīng)用．磷酸鐵（FePO₄•2H₂O，難溶于水的米白色固體）可用于藥物、食品添加劑和鋰離子電池的正極材料，下列實(shí)驗(yàn)可制備磷酸鐵．

（1）稱取一定量已除去油污的廢鐵屑，加入稍過(guò)量的稀硫酸，加熱、攪拌，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，反應(yīng)加熱的目的是加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率．
（2）為了使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列實(shí)驗(yàn)條件控制正確的是CD．
A．加熱，使反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行     B．用氨水調(diào)節(jié)pH=7
C．加入適當(dāng)過(guò)量的H₂O₂溶液          D．緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌
（3）將一定量的Na₂HPO₄溶液（溶液顯堿性）加入含有Fe³⁺的溶液中，攪拌、過(guò)濾、洗滌、干燥得到FePO₄•2H₂O．若反應(yīng)得到的FePO₄•2H₂O固體呈棕黃色，則磷酸鐵中混有的雜質(zhì)可能為Fe（OH）₃（寫化學(xué)式）．
（4）化學(xué)反應(yīng)的能量變化（△H）與反應(yīng)物和生成物的鍵能有關(guān)．鍵能可簡(jiǎn)單的理解為斷開1 mol 化學(xué)鍵時(shí)所吸收的能量．下表是部分化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)：

化學(xué)鍵	P-P	P-O	O=O	P=O
鍵能/kJ•mol-1	197	360	499	X

已知白磷固體（P₄ 結(jié)構(gòu)如圖1所示）的燃燒熱為2378.0kJ/mol，白磷完全燃燒的固體產(chǎn)物結(jié)構(gòu)如圖1所示，則白磷燃燒的熱化學(xué)方程式為P₄（s）+5O₂（g）=P₄O₁₀ （s）△H=：-2378.0kJ/mol；上表中X=434．
（5）NaH₂PO₄、Na₂HPO₄和Na₃PO₄可通過(guò)H₃PO₄與NaOH溶液反應(yīng)獲得，含磷各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù)）與pH的關(guān)系如圖2所示．為獲得盡可能純的NaH₂PO₄，pH應(yīng)控制在4～5.5（介于此區(qū)間內(nèi)的任意值或區(qū)間均可）；pH=8時(shí)，溶液中主要含磷物種濃度大小關(guān)系為c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．

Answer 1

分析 （1）溫度越高，反應(yīng)速率越快；
（2）為使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化劑要過(guò)量，且使反應(yīng)物充分反應(yīng)；
（3）氫氧根離子和鐵離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀氫氧化鐵；
（4）白磷燃燒的方程式為P₄+5O₂=P₄O₁₀，根據(jù)化學(xué)鍵的斷裂和形成的數(shù)目進(jìn)行計(jì)算；
（5）根據(jù)為獲得盡可能純的NaH₂PO₄，pH應(yīng)控制從圖表中找出H₂PO₄^-分布分?jǐn)?shù)最大值所在區(qū)間；溶液中主要含磷物種濃度大小關(guān)系可由圖表得出．

解答 解：（1）溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以反應(yīng)加熱的目的是加快鐵與稀硫酸反應(yīng)速率，
故答案為：加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率；
（2）A、加熱，使反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，雖然反應(yīng)速率加快，但能促進(jìn)亞鐵離子水解而產(chǎn)生雜質(zhì)，故錯(cuò)誤；
B、用氨水調(diào)節(jié)溶液pH=7，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵雜質(zhì)，故錯(cuò)誤；
C、加入適當(dāng)過(guò)量的H₂O₂溶液，導(dǎo)致鐵離子能完全反應(yīng)，故正確；
D、緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌，反應(yīng)物接觸面積增大，能使鐵離子完全反應(yīng)，故正確；
故選CD；
（3）堿性條件下，溶液中含有大量氫氧根離子，氫氧根離子和鐵離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀氫氧化鐵，導(dǎo)致反應(yīng)得到的FePO₄•H₂O固體呈棕黃色，
故答案為：Fe（OH）₃；
（4）已知白磷固體（P₄ 結(jié)構(gòu)如圖1所示）的燃燒熱為．2378.0kJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：P₄（s）+5O₂（g）=P₄O₁₀ （s）△H=-2378.0  kJ/mol，白磷燃燒的方程式為P₄+5O₂=P₄O₁₀，1mol白磷完全燃燒需拆開6mol P-P、5mol O=O，形成12molP-O、4mol P=O，所以12mol×360kJ/mol+4mol×xkJ/mol-（6mol×197 kJ/mol+5 mol×499 kJ/mol）=2378.0kJ，x=433.75≈434．
故答案為：-2378.0；434；
（5）為獲得盡可能純的NaH₂PO₄，pH應(yīng)控制從圖表中找出H₂PO₄^-分布分?jǐn)?shù)最大值所在區(qū)間，即4～5.5（介于此區(qū)間內(nèi)的任意值或區(qū)間均可），溶液中主要含磷物種濃：度大小關(guān)系可由圖表得出 c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-），
故答案為：4～5.5（介于此區(qū)間內(nèi)的任意值或區(qū)間均可）；c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．

點(diǎn)評(píng) 本題以鐵及其化合物為載體考查了物質(zhì)的制備，涉及氧化還原反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)操作、反應(yīng)速率的影響因素等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)物質(zhì)之間的關(guān)系式、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、影響反應(yīng)速率的因素等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，題目難度中等．