Номер 7, страница 84 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

7. Получение фосфорной кислоты в промышленности.

а) Получение разбавленной фосфорной кислоты из фосфатов:

б) Получение концентрированной фосфорной кислоты в результате последовательных превращений:

$P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4$

а) Получение разбавленной фосфорной кислоты из фосфатов:
Этот метод, также известный как экстракционный или сернокислотный, является основным промышленным способом получения технической фосфорной кислоты, используемой преимущественно для производства удобрений. Суть метода заключается в обработке измельченного природного фосфатного сырья, такого как фосфориты или апатиты (основной компонент - фосфат кальция $Ca_3(PO_4)_2$), серной кислотой.
Происходит реакция обмена, в ходе которой более сильная серная кислота вытесняет более слабую фосфорную кислоту из её соли:
$Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 3CaSO_4\downarrow$
В результате реакции образуется раствор фосфорной кислоты и нерастворимый осадок сульфата кальция (гипса), который в данном контексте называют фосфогипсом. Фосфогипс отделяют от раствора кислоты фильтрованием. Полученная таким способом фосфорная кислота является разбавленной (концентрация обычно не превышает 30%) и содержит множество примесей (соединений железа, алюминия, фтора, магния), которые переходят в раствор из исходного сырья. Из-за этого её называют "грязной" или "экстракционной". Главным недостатком метода является образование огромного количества фосфогипса, утилизация которого представляет собой серьезную экологическую проблему.
Ответ: Разбавленную фосфорную кислоту получают в промышленности путем воздействия серной кислоты на природные фосфаты (фосфориты, апатиты) с последующим отделением нерастворимого осадка сульфата кальция.

б) Получение концентрированной фосфорной кислоты в результате последовательных превращений: P → P₂O₅ → H₃PO₄:
Этот способ, называемый термическим, позволяет получать очень чистую и концентрированную фосфорную кислоту. Он осуществляется в две стадии.
1. Первая стадия (P → P₂O₅): Сначала получают элементарный фосфор (обычно путем восстановления фосфатов углем в электропечах), который затем сжигают в специальных камерах в избытке сухого воздуха. В результате горения фосфора образуется его высший оксид — оксид фосфора(V) (фосфорный ангидрид):
$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$ (чаще записывают как $P_4O_{10}$)
2. Вторая стадия (P₂O₅ → H₃PO₄): Газообразный оксид фосфора(V) поступает в гидратационные башни, где он взаимодействует с водой (или разбавленным раствором фосфорной кислоты), образуя ортофосфорную кислоту:
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$
Обе реакции являются сильно экзотермическими. Термический способ позволяет получить продукт высокой чистоты, так как на стадии получения и перегонки элементарного фосфора он очищается от большинства примесей. Кроме того, изменяя количество воды на стадии гидратации, можно сразу получать кислоту нужной концентрации, вплоть до очень концентрированной (более 85%). Из-за высокой энергоемкости (особенно на стадии получения фосфора) этот метод дороже экстракционного. Полученная чистая кислота используется в пищевой промышленности (добавка E338), медицине и для синтеза особо чистых химических реактивов.
Ответ: Концентрированную и чистую фосфорную кислоту получают термическим способом, который включает сжигание элементарного фосфора до оксида фосфора(V) с последующей гидратацией полученного оксида водой.