问题 填空题

磷在自然界常以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在。它的单质和化合物有着广泛的应用。

(1)红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)。

请回答问题:

①PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是                                    

②P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的△H3    

(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的反应是可逆反应。T℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,经过250 s达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:

t / s050150250350
n(PCl3) / mol00.160.190.200.20
 

①反应在50~150s 内的平均速率v(PCl3)=            

②试计算该温度下反应的平衡常数(写出计算过程,保留2位有效数字)

(3)NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通过H3PO4与NaOH溶液反应获得,含磷各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH 的关系如图所示。

①为获得较纯的Na2HPO4,pH应控制在      ;pH=6时,溶液中主要含磷物种浓度大小关系为:                                                 

②Na2HPO4溶液呈碱性,加入足量的CaCl2溶液,溶液显酸性,溶液显酸性的原因是(从离子平衡角度分析)                                                               

答案

(1)①PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)△H=+93kJ/mol(2分,方程式1分,△H的表示1分,化学式、状态错误0分;+、焓变数值、单位错漏合扣1分;计量数用分数表示与焓变相匹配也给分)

②-399 kJ/mol(2分,单位错漏扣1分) 

(2)①1.5×10-4mol/(L·s) 或0.00015 mol/(L·s)(2分,单位错漏扣1分)

②2.5×10-2 mol/L或0.025mol/L

(3)①9~10.5(2分,介于此区间或区间内的某一点)

c(H2PO4)>c(HPO42) (2分)

②Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO42H++PO43(1分),加入CaCl2溶液,Ca2与PO43结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性(1分)。(合理即给分)

题目分析:(1)①题干中特别注明图中物质转化的焓变是生成1mol产物的数据,因此PCl5分解成PCl3和Cl2是吸热反应,其热化学方程式为:PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)△H=+93kJ/mol;

②计算P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5 的焓变,根据盖斯定律反应的焓变与过程无关,只需将图像中两部分的焓变相加即可,所以△H3=-399 kJ/mol。

(2)①计算反应在50~150s 内的用PCl3表示的反应速率,只需把数据代入公式,因此有v(PCl3)=△C/△t=(0.19-0.16)mol/(2L×100s)= 1.5×10-4mol/(L·s);

②                     PCl5(g)  =   PCl3(g)+Cl2(g)

起始浓度(mol/L)    =0.50     0        0

转化浓度(mol/L)     0.10   =0.10     0.10 

平衡浓度(mol/L)      0.40      0.10     0.10      (1分)

K=   = = 2.5×10-2 mol/L或0.025mol/L

(3)此题要学会认真读图,该图表示的是H3PO4与不断加入的NaOH反应,氢氧化钠量不断增大使溶液pH值不断增大时,溶液中各含磷物种的百分比。每个含磷物种在一定的PH范围内都有百分含量极大和极小的情况,而两条线交叉部分表示的则是2种含磷物种同时存在的情况。

①要获得叫纯净的Na2HPO4,则通过图像找到PH值在9~10.5的范围内,HPO42- 的百分含量接近百分百,所以控制的PH只要在这个范围内,都可以获得较纯净的Na2HPO4

②Na2HPO4是弱酸酸式盐,HPO42-存在电离和水解两个平衡,由于溶液呈碱性,可以看出水解强于电离。但是该盐溶液加入氯化钙后,溶液呈酸性,因此可以推测加入的氯化钙一定改变了电离平衡,使之不断产生出氢离子,使溶液呈酸性。所以结合本题的题干“磷在自然界常以难溶于水的磷酸盐如Ca3(PO4)2等形式存在”,可以解释平衡的移动为:Na2HPO4溶液中存在电离平衡,HPO42H++PO43,加入CaCl2溶液,Ca2与PO43结合生成Ca3(PO4)2沉淀,促使Na2HPO4电离平衡向右移动,H+浓度增大,溶液显酸性。

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