磷酸铝(AlPO₄)是一种用途广泛的材料，在建筑、耐火材料、化工等方面具有广泛的应用前景。以磷硅渣（主要成分为Ca₃(PO₄)₂、Al₂O₃、SiO₂和V₂O₅等）为原料制备磷酸铝的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）酸浸液中含磷元素的主要粒子是_____(填化学式，下同)，浸渣中的主要化学成分是_____。

（2）生石灰除了调节pH外，另一作用是_____。

（3）滤液中钒元素以V₃O₉^3-形式存在，V₃O₉^3-易水解为[VO₃(OH)]^2-，该水解反应的离子方程式为_____。

（4）碱浸时，粗磷酸铝转化为可溶性溶质，则可溶性溶质分别是_____ (填化学式)。

（5）实验测得pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图所示：

则最优反应条件是_____。

（6）固相反应制备磷酸铝的方法之一是在900℃的焙烧炉内加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物，写出该反应的化学方程式：_____。

答案

    (1). H₃PO₄    (2). SiO₂、CaSO₄    (3). 除去过量的SO₄^2-    (4). V₃O₉^3-+3H₂O⇌3[VO₃(OH)]^2-＋3H⁺    (5). Na[Al(OH)₄]、Na₃PO₄    (6). pH=12、温度为80℃、时间为1h    (7). Al₂O₃＋2NH₄H₂PO₄2AlPO₄＋2NH₃↑＋3H₂O

【解析】

磷硅渣的主要成分为Ca₃(PO₄)₂、Al₂O₃、SiO₂和V₂O₅等，加浓硫酸分离出滤渣为SiO₂、CaSO₄，酸浸液中加CaO可调节pH且除去过量硫酸根离子，滤渣1为CaSO₄，滤液中钒元素以V₃O₉^3-形式存在，加NaOH分离出Na₂[VO₃(OH)]，再加NaOH时粗磷酸铝溶解生成可溶性溶质为NaAlO₂、Na₃PO₄，由图可知，pH＝12、温度为80℃、时间为1h时碱浸时固相中P、Al含量w%小，为最优反应条件，然后过滤分离出AlPO₄；

(1)SiO₂为酸性氧化物，不与硫酸反应；CaSO₄微溶于水，据此回答；

(2)加浓硫酸引人过量的硫酸根离子，CaSO₄微溶于水，据此回答；

(3)滤液中钒元素以V₃O₉^3-形式存在，V₃O₉^3-易水解为[VO₃(OH)]²⁻；

(4)加NaOH时粗磷酸铝溶解生成可溶性溶质为NaAlO₂、Na₃PO₄；

(5)在pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图中，寻找碱浸时固相中P、Al 含量w%小时就为最优反应条件；

(6)加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物生成AlPO₄、NH₃和H₂O。

【详解】(1)酸浸中磷元素主要转化为H₃PO₄，该反应的化学方程式为Ca₃(PO₄)₂＋3H₂SO₄＝3CaSO₄＋2H₃PO₄，磷硅渣的主要成分为Ca₃(PO₄)₂、Al₂O₃、SiO₂和V₂O₅等，加浓硫酸分离出滤渣为SiO₂、CaSO₄；

(2)生石灰除了调节pH 外，另一作用是除去过量的硫酸根离子；

(3)滤液中钒元素以V₃O₉^3-形式存在，V₃O₉^3-易水解为[VO₃(OH)]²⁻，该水解反应的离子方程式为V₃O₉^3-+3H₂O⇌3[VO₃(OH)]^2-＋3H⁺；

(4)碱浸时，粗磷酸铝转化为可溶性溶质，则可溶性溶质分别是Na[Al(OH)₄]、Na₃PO₄；

(5)由图可知，pH＝12、温度为80℃、时间为1h时碱浸时固相中P、Al 含量w%小，为最优反应条件；

(6)加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物生成AlPO₄、NH₃和H₂O，化学方程式为：Al₂O₃＋2NH₄H₂PO₄2AlPO₄＋2NH₃↑＋3H₂O.