Question

【題目】磷酸是重要的化學(xué)試劑和工業(yè)原料。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）已知：25℃時(shí)，磷酸和氫氟酸的電離常數(shù)如下表所示。

物質(zhì)	H3PO4	HF
電離常數(shù)	Ka1=7.1×10-3；Ka2=6.3×10-8；Ka3=4.2×10-13	Ka=6.6×10-4

向NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液，反應(yīng)的離子方程式為___。

（2）已知：Ⅰ.CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271kJmol-1

Ⅱ.5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937kJmol-1

則：①工業(yè)上用Ca5(PO4)3F和硫酸反應(yīng)制備磷酸的熱化學(xué)方程式為___。

②一定條件下，在密閉容器中只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，達(dá)到平衡后縮小容器容積，HF的平衡轉(zhuǎn)化率___(填“增大”“減小”或“不變”，下同)；HF的平衡濃度___。

(3)工業(yè)上用磷尾礦制備Ca5(PO4)3F時(shí)生成的副產(chǎn)物CO可用于制備H2，原理為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH。

①一定溫度下，向10L密閉容器中充入0.5molCO和1molH2O(g)，2min達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得0～2min內(nèi)用CO2表示的反應(yīng)速率v(CO2)=0.02molL-1min-1。則CO的平衡轉(zhuǎn)化率α=___；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___。

②在壓強(qiáng)不變的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，設(shè)起始的()=y，CO的平衡體積分?jǐn)?shù)(φ)與溫度(T)的關(guān)系如圖所示。則：該反應(yīng)的ΔH___0(填“>”“<”或“=”，下同)。a___1，理由為___。

Answer 1

【答案】H3PO4+F-=H2PO4-+HF Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)3H3PO4(l)+HF(g)+5CaSO4(s) ΔH=-418kJmol-1 增大 不變 80% < < 相同溫度下，越小，CO的轉(zhuǎn)化率越大，其平衡體積分?jǐn)?shù)越小

【解析】

（1）根據(jù)電離平衡常數(shù)可知磷酸的酸性強(qiáng)于HF，HF的酸性強(qiáng)于磷酸二氫根，因此向NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液發(fā)生反應(yīng)生成H2PO4-和HF；

（2）①已知：Ⅰ．CaO（s）+H2SO4（l）CaSO4（s）+H2O（l）△H=-271kJmol-1；Ⅱ．5CaO（s）+3H3PO4（l）+HF（g）Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）△H=-937kJmol-1；則根據(jù)蓋斯定律，可知Ⅰ×5-Ⅱ可得Ca5（PO4）3F（s）和硫酸反應(yīng)制備磷酸的熱化學(xué)方程式；

②反應(yīng)Ⅱ的正反應(yīng)體積減小，達(dá)到平衡后縮小容器容積，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，考查判斷HF的轉(zhuǎn)化率變化；溫度不變，平衡常數(shù)不變；

（3）①測(cè)得 0～2min內(nèi)用 CO2表示的反應(yīng)速率v（CO2）=0.02molL-1min-1，所以生CO2濃度是0.04mol/L，則
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

初始（mol/L）0.05 0.1 0 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）0.04 0.04 0.04 0.04

平衡（mol/L）0.01 0.06 0.04 0.04

據(jù)此計(jì)算CO的平衡轉(zhuǎn)化率α和該反應(yīng)的平衡常數(shù)K；

②根據(jù)圖象可知升高溫CO的體積分?jǐn)?shù)增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

相同溫度下，越小，CO的轉(zhuǎn)化率越大，其平衡體積分?jǐn)?shù)越小，據(jù)此判斷a。

(1)根據(jù)電離平衡常數(shù)可知磷酸的酸性強(qiáng)于HF，HF的酸性強(qiáng)于磷酸二氫根,因此向NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式H3PO4+F-=H2PO4-+HF；

故答案為：H3PO4+F-=H2PO4-+HF；

(2)①已知：Ⅰ．CaO（s）+H2SO4（l）CaSO4（s）+H2O（l）△H=-271kJmol-1

Ⅱ．5CaO（s）+3H3PO4（l）+HF（g）Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）△H=-937kJmol-1

則根據(jù)蓋斯定律，可知Ⅰ×5Ⅱ可得：Ca5（PO4）3F（s）和硫酸反應(yīng)制備磷酸的熱化學(xué)方程式為：Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)3H3PO4(l)+HF(g)+5CaSO4(s) ΔH=-418kJmol-1；

故答案為：Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)3H3PO4(l)+HF(g)+5CaSO4(s) ΔH=-418kJmol-1；

②反應(yīng)Ⅱ的正反應(yīng)體積減小，所以達(dá)到平衡后縮小容器容積平衡向正反應(yīng)方向減小HF的平衡轉(zhuǎn)化率增大；由于溫度不變,平衡常數(shù)不變,即K=c(HF))，因此HF的平衡濃度不變；

故答案為：增大；不變；

(3) ①測(cè)得 0～2min內(nèi)用 CO2表示的反應(yīng)速率v（CO2）=0.02molL-1min-1，所以生CO2濃度是0.04mol/L，則
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

初始（mol/L）0.05 0.1 0 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）0.04 0.04 0.04 0.04

平衡（mol/L）0.01 0.06 0.04 0.04

因此CO的平衡轉(zhuǎn)化率α=×100%=80%；

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==

故答案為：80%；；

②根據(jù)圖象可知升高溫CO的體積分?jǐn)?shù)增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，所以該反應(yīng)的△H<0；

由于相同溫度下，越小，CO的轉(zhuǎn)化率越大，其平衡體積分?jǐn)?shù)越小，所以a<1；

故答案為：<；<；相同溫度下，越小，CO的轉(zhuǎn)化率越大，其平衡體積分?jǐn)?shù)越小。