Question

20．由Ca₃（PO₄）₂、SiO₂、焦炭等為原料生產(chǎn)硅膠（SiO₂•nH₂O）、磷、磷酸及CH₃OH，下列工藝過程原料
綜合利用率高，廢棄物少．

（1）上述反應(yīng)中，屬于置換反應(yīng)的是（Ⅰ）、（Ⅲ）[選填：（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）]．
（2）高溫下進(jìn)行的反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式為Ca₃（PO₄）₂+5C+3SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CaSiO₃+2P+5CO↑；固體廢棄物CaSiO₃可用于生產(chǎn)水泥、磚瓦或作為建筑材料等．（答一條即可）
（3）反應(yīng)Ⅲ需在隔絕氧氣和無水條件下進(jìn)行，其原因是SiHCl₃會水解，同時產(chǎn)生的H₂，與O₂混合發(fā)生爆炸等．
（4）CH₃OH可用作燃料電池的燃料，在強酸性介質(zhì)中，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．
（5）指出（VI）這一環(huán)節(jié)在工業(yè)生產(chǎn)上的意義原料的循環(huán)利用，節(jié)能減排．
（6）寫出由P→H₃PO₄的有關(guān)反應(yīng)式：
①4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
②P₂O₅+3H₂O=2H₃PO₄．

Answer 1

分析 （1）一種化合物和一種單質(zhì)反應(yīng)生成另外的單質(zhì)和化合物的反應(yīng)是置換反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)物和生成物類型判斷；
（2）高溫條件下，磷酸鈣和碳、二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣、磷和一氧化碳；硅酸鈣屬于硅酸鹽，可以用于生成硅酸鹽產(chǎn)品；
（3）R為Si，反應(yīng)Ⅲ是Si與HCl發(fā)生反應(yīng)得到SiHCl₃與氫氣，由反應(yīng)Ⅳ可知，SiHCl₃會水解，且生成的氫氣和氧氣在一定范圍內(nèi)會產(chǎn)生爆炸；
（4）甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，酸性條件下，甲醇在負(fù)極失電子生成二氧化碳與氫離子；
（5）原料的循環(huán)利用，節(jié)能減排；
（6）磷與氧氣轉(zhuǎn)化為五氧化二磷，再與水化合得到磷酸．

解答 解：（1）根據(jù)置換反應(yīng)的定義知，反應(yīng)II中反應(yīng)物中有兩種化合物，生成物中含有兩種化合物，所以不是置換反應(yīng)，反應(yīng)IV中反應(yīng)物沒有單質(zhì)，所以不是置換反應(yīng)，反應(yīng)V是化合反應(yīng)，Ⅰ、Ⅲ反應(yīng)符合置換反應(yīng)的條件，所以是置換反應(yīng)，
故答案為：（Ⅰ）、（Ⅲ）；
（2）高溫條件下，磷酸鈣和碳、二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣、磷和一氧化碳，反應(yīng)方程式為：Ca₃（PO₄）₂+5C+3SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CaSiO₃+2P+5CO↑，硅酸鈣屬于硅酸鹽，所以可以生產(chǎn)水泥、磚瓦或作為建筑材料等，
故答案為：Ca₃（PO₄）₂+5C+3SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CaSiO₃+2P+5CO↑；生產(chǎn)水泥、磚瓦或作為建筑材料等；
（3）R為Si，反應(yīng)Ⅲ是Si與HCl發(fā)生反應(yīng)得到SiHCl₃與氫氣，由反應(yīng)Ⅳ可知，SiHCl₃會水解，且生成的氫氣和氧氣在一定范圍內(nèi)會產(chǎn)生爆炸，故需在隔絕氧氣和無水條件下進(jìn)行，
故答案為：SiHCl₃會水解，同時產(chǎn)生的H₂，與O₂混合發(fā)生爆炸等；
（4）甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，酸性條件下，甲醇在負(fù)極失電子生成二氧化碳與氫離子，電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
（5）（Ⅵ）這一環(huán)節(jié)在工業(yè)生產(chǎn)上的意義：原料的循環(huán)利用，節(jié)能減排，
故答案為：原料的循環(huán)利用，節(jié)能減排；
（6）由P→H₃PO₄，先由磷與氧氣轉(zhuǎn)化為五氧化二磷，再與水化合得到磷酸，有關(guān)方程式為①4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅、②P₂O₅+3H₂O=2H₃PO₄，
故答案為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；P₂O₅+3H₂O=2H₃PO₄．

點評 本題考查化學(xué)工藝流程，涉及基本反應(yīng)類型、對條件的控制與操作步驟的理解、原電池、方案設(shè)計等理解工業(yè)流程原理是關(guān)鍵，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，綜合考查學(xué)生分析解決問題的能力，難度中等．