Question

15．氟的單質(zhì)及其化合物在生產(chǎn)殺蟲劑、滅火劑及特種塑料等方面用途廣泛．
（1）在2%的氫氧化鈉溶液中通入氯氣，發(fā)生反應(yīng)：2F₂+2NaOH═2NaF+H₂O+OF₂．該反應(yīng)氧化劑勻還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，OF₂的電子式為．
（2）SF₆是一種優(yōu)良的絕緣氣體，分子結(jié)構(gòu)中只存在S-F鍵，己知1molS （s）轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫原子吸收能暈280KJ，F(xiàn)-F鍵能為160KJ•mol^-1，S-F鍵能為330kJ•mol^-1，試寫出固態(tài)S單質(zhì)和氟氣反應(yīng)生成SF₆氣體的熱化學(xué)方程式S（s）+3F₂（g）=SF₆ △H=-1220kJ/mol．
（3）用含氟牙膏刷牙，氟離子會(huì)與牙釉質(zhì)[主要成分為Ca₅（PO₄）₃OH]發(fā)生反應(yīng)：
Ca₅（PO₄）₃OH（s）+F^-（aq）?Ca₅（PO₄）₃F（s）+OH^-（aq），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.5×10²⁴（已知K_sp[Ca₅（PO₄）₃OH]=7×l0^-37，K_sp[Ca₅（PO₄）₃F]=2.8×l0^-61）．
（4）聚四氟化烯常用于炊具的“不粘涂層”．制備四氟化烯的反應(yīng)原理為2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） （反應(yīng)1），副反應(yīng)為3CHClF₂（g）?C₃H₆（g）+3HCl（g） （反應(yīng)11），反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示．
①在恒溫，恒容的條件下，下列能夠說明反應(yīng)I達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BD
A．混合氣體密度不再改變
B．混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變
C．V_正（C₂F₄）=2V_逆（HCl）
D．c（CHClF₂）與c（HCl）比值保持不變
②圖中曲線A表示的物質(zhì)是HCl（填化學(xué)式）．
③反應(yīng)2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） 的△H＞0（填“＞”或“＜”）
④工業(yè)上常在900℃以上通過裂解CHClF₂來制取C₂F₄，其原因是C₂F₄的產(chǎn)率高，副產(chǎn)物C₃F₆的含量幾乎為0．
（5）25℃時(shí)，向amol/L的NaF溶液中滴加等體積bmol/L的鹽酸使溶液呈中性（不考慮鹽酸與氫氟酸的揮發(fā)，忽略溶液體積變化），則HF的電離平衡常數(shù)Ka=$\frac{1{0}^{-7}（a-b）}$．（用含a和b的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）元素的化合價(jià)降低的反應(yīng)物為氧化劑，元素的化合價(jià)升高的反應(yīng)物為還原劑，據(jù)此分析解答，OF₂中氟原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，漏掉了F周圍的6個(gè)電子；
（2）根據(jù)反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）Ca₅（PO₄）₃F溶度積比Ca₅（PO₄）₃OH小，從難溶電解質(zhì)的溶解平衡的角度分析，結(jié)合K的計(jì)算表達(dá)式及Ksp計(jì)算；
（4）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變分析選項(xiàng)；
②A物質(zhì)的量一直在增加，且增加量最大，為氯化氫；
③溫度升高平衡向吸熱的方向移動(dòng)；
④通過圖示可知，在900℃以上，副產(chǎn)物C₃F₆的含量幾乎為0；
（5）鹽酸和NaF之間反應(yīng)生成氯化鈉和HF，溶液顯示中性，所以NaF會(huì)剩余，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，由于溶液體積加倍，則離子濃度均減半，故c（Cl^-）=0.5bmol/L，而根據(jù)溶液的電中性可知：c（F^-）+c（Cl^-）=c（Na⁺）=0.5amol/L，所以c（F^-）=（0.5a-0.5b）mol/L，根據(jù)HF的電離常數(shù)表達(dá)式來計(jì)算．

解答 解：（1）2F₂+2NaOH═2NaF+H₂O+OF₂，該反應(yīng)中F的化合價(jià)變化為（0→-1）、O元素的化合價(jià)變化為（0→+2）氧化劑為F₂，還原劑為NaOH，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，二氟化氧分子中F原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其正確的電子式為，
故答案為：2：1；；
（2）反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，所以對(duì)于S（s）+3F₂（g）═SF₆（g），其反應(yīng)熱△H=280kJ/mol+3×160kJ/mol-6×330kJ/mol=-1220kJ/mol，即S（s）+3F₂（g）=SF₆ △H=-1220kJ/mol，
故答案為：S（s）+3F₂（g）=SF₆ △H=-1220kJ/mol；
（3）Ca₅（PO₄）₃F溶度積比Ca₅（PO₄）₃OH小，羥基磷酸鈣在水中存在平衡：Ca₅（PO₄）₃OH（s）?5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+OH^-（aq），含氟牙膏中的F^-與該平衡中的Ca²⁺、PO₄^3-結(jié)合成更難溶的Ca₅（PO₄）₃F，使平衡向右移動(dòng)，牙齒表面的羥基磷酸鈣轉(zhuǎn)化成了氟磷酸鈣，使牙齒得到保護(hù)，發(fā)生的離子反應(yīng)為Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{C（O{H}^{-}）}{C（{F}^{-}）}$=$\frac{7×1{0}^{-37}}{2.8×1{0}^{-61}}$=2.5×10²⁴；
故答案為：2.5×10²⁴；
（4）①A．制備四氟化烯反應(yīng)前后都為氣體，在恒容的條件下，混合氣體密度始終保持改變，故A錯(cuò)誤；
B．制備四氟化烯的反應(yīng)，反應(yīng)前后物質(zhì)的量在變化，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=$\frac{m}{n}$，氣體的質(zhì)量在反應(yīng)前后是守恒的，是一個(gè)反應(yīng)前后物質(zhì)的量會(huì)變化的反應(yīng)，所以當(dāng)M不變時(shí)，達(dá)到了平衡，故B正確；
C．2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） （反應(yīng)1），副反應(yīng)為3CHClF₂（g）?C₃H₆（g）+3HCl（g） （反應(yīng)11），需滿足V_正（C₂F₄）=5V_逆（HCl），故C錯(cuò)誤；
D．c（CHClF₂）與c（HCl）比值保持不變，說明各物質(zhì)的量不變，達(dá)到了平衡，故D正確；
故答案為：BD；
②由2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） （反應(yīng)1），副反應(yīng)為3CHClF₂（g）?C₃H₆（g）+3HCl（g） （反應(yīng)11）可知氯化氫的物質(zhì)的量一直在增加，且增加量最大，所以A為氯化氫，
故答案為：HCl；
③根據(jù)圖示可知，隨著溫度的升高CHClF₂物質(zhì)的量在減少，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） 的△H＞0，
故答案為：＞；
④通過圖示可知，在900℃以上，副產(chǎn)物C₃F₆的含量幾乎為0，工業(yè)上常在900℃以上通過裂解CHClF₂來制取C₂F₄，其原因是C₂F₄的產(chǎn)率高，副產(chǎn)物C₃F₆的含量幾乎為0，
故答案為：C₂F₄的產(chǎn)率高，副產(chǎn)物C₃F₆的含量幾乎為0；
（5）鹽酸和NaF之間反應(yīng)生成氯化鈉和HF，溶液顯示中性，所以NaF會(huì)剩余，則生成的c（HF）=0.5bmol/L，溶液顯中性，故c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，根據(jù)電荷守恒，c（Cl^-）=0.5bmol/L，c（F^-）+c（Cl^-）=c（Na⁺）=0.5amol/L，所以c（F^-）=（0.5a-0.5b）mol/L，HF的電離常數(shù)K_a=$\frac{C（{H}^{+}）•C（{F}^{-}）}{C（HF）}$=$\frac{1{0}^{-7}×（0.5a-0.5b）}{0.5a}$=$\frac{1{0}^{-7}（a-b）}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{-7}（a-b）}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氟的單質(zhì)及其化合物，涉及電子式、反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡、混合溶液中的弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)的計(jì)算等，題目難度中等，（5）注意計(jì)算過程中的電荷守恒和物料守恒的運(yùn)用．