Question

8．氟是自然界中廣泛分布的元素之一．由于氟的特殊化學性質(zhì)，它和其他鹵素在單質(zhì)及化合物的制備與性質(zhì)上存在較明顯的差異．
Ⅰ．化學家研究發(fā)現(xiàn)，SbF₅能將MnF₄從離子[MnF₆]^2-的鹽中反應得到，SbF₅轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF₆]^-的鹽．而MnF₄很不穩(wěn)定，受熱易分解為MnF₃和F₂．根據(jù)以上研究寫出以K₂MnF₆和SbF₅為原料，在423K 的溫度下制備F₂的化學方程式：2K₂MnF₆+4SbF₅ $\frac{\underline{\;423K\;}}{\;}$4KSbF₆+2MnF₃+F₂↑現(xiàn)代工業(yè)以電解熔融的氟氫化鉀（KHF₂）和氟化氫（HF）混合物制備氟單質(zhì)，電解制氟裝置如圖所示．
已知KHF₂是一種酸式鹽，寫出陰極上發(fā)生的電極反應式2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-．電解制氟時，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴格分開的原因是氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應，引發(fā)爆炸．
Ⅱ．①鹵化氫的熔沸點隨相對分子質(zhì)量增加而升高，而HF熔沸點高于HCl的原因是HF分子間含有氫鍵．HF的水溶液是氫氟酸，能用于蝕刻玻璃，其化學反應方程式為：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O．
②已知25℃時，氫氟酸（HF）的電離平衡常數(shù)K_a=3.6×10^-4．
某pH=2的氫氟酸溶液，由水電離出的c（H⁺）=10^-12 mol/L；若將0.01mol/L HF溶液與pH=12的NaOH溶液等體積混合，則溶液中離子濃度大小關系為：c（Na⁺）＞c（F^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
③又已知25℃時，溶度積常數(shù)K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10．現(xiàn)向1L 0.2mol/L HF溶液中加入 1L 0.2mol/L CaCl₂ 溶液，通過列式計算說明是否有沉淀產(chǎn)生：c（H⁺）=c（F^-）=$\sqrt{3.6×10{\;}^{-4}×0.1}$mol•L^-1=6×10^-3mol•L^-1，c（Ca²⁺）=0.1mol•L^-1，c²（F^-）•c（Ca²⁺）=3.6×10^-5×0.1=3.6×10^-6＞1.46×10^-10，則該體系有CaF₂沉淀．

Answer 1

分析 Ⅰ．SbF₅能將MnF₄從離子[MnF₆]^2-的鹽中反應得到，SbF₅轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF₆]^-的鹽，MnF₄很不穩(wěn)定，受熱易分解為MnF₃和F₂，據(jù)此書寫化學方程式；
放氫氣的電極為陰極，是KHF₂得到電子生成，計劃單號守恒書寫；氟單質(zhì)是活潑非金屬單質(zhì)和氫氣陰暗處發(fā)生爆炸；
Ⅱ．①同一主族氫化物的相對分子質(zhì)量越大其熔沸點越高，但含有氫鍵的氫化物熔沸點最高；HF的水溶液是氫氟酸，能用于蝕刻玻璃是玻璃中二氧化硅和氫氟酸反應生成四氟化硅和水；
②水的離子積常數(shù)為10^-14，計算得到氫氧根離子濃度為水電離出氫離子濃度；若將0.01mol/L HF溶液與pH=12的NaOH溶液等體積混合，得到NaF溶液，氟離子水解溶液顯堿性；
③根據(jù)Qc＞Ksp，說明有沉淀產(chǎn)生判斷．

解答 解：Ⅰ．化學家研究發(fā)現(xiàn)，SbF₅能將MnF₄從離子[MnF₆]^2-的鹽中反應得到，SbF₅轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF₆]^-的鹽，而MnF₄很不穩(wěn)定，受熱易分解為MnF₃和F₂．根據(jù)以上研究以K₂MnF₆和SbF₅為原料，在 423K的溫度下制備F₂的化學方程式為：2K₂MnF₆+4SbF₅ $\frac{\underline{\;423K\;}}{\;}$4KSbF₆+2MnF₃+F₂↑，
電解熔融的氟氫化鉀（KHF₂）和氟化氫（HF）混合物制備氟單質(zhì)，氟離子在陽極失電子生成，陰極上KHF₂得到電子生成氫氣，電極反應為：2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-；電解制氟時，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴格分開的原因是：氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應，引發(fā)爆炸，
故答案為：2K₂MnF₆+4SbF₅ $\frac{\underline{\;423K\;}}{\;}$4KSbF₆+2MnF₃+F₂↑；2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-；氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應，引發(fā)爆炸；
Ⅱ．①同一主族氫化物的相對分子質(zhì)量越大其熔沸點越高，但含有氫鍵的氫化物熔沸點最高，所以HF熔沸點高于HCl的原因是HF分子間含有氫鍵；HF的水溶液是氫氟酸，能用于蝕刻玻璃是玻璃中二氧化硅和氫氟酸反應生成四氟化硅和水，反應的化學方程式為：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O，
故答案為：HF分子間含有氫鍵；SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；
②已知25℃時，氫氟酸（HF）的電離平衡常數(shù)K_a=3.6×10^-4．某pH=2的氫氟酸溶液，由水電離出的氫離子濃度=水電離出的氫氧根離子濃度=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-2}}$=10^-12mol/L，若將0.01mol/L HF溶液與pH=12的NaOH溶液等體積混合生成NaF溶液，氟離子水解溶液顯堿性，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（F^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：10^-12；  c（Na⁺）＞c（F^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
③兩溶液混合后，c（Ca²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（F^-）=c（H⁺）=$\sqrt{Ka×c（HF）}$=$\sqrt{3.6×10{\;}^{-4}×0.1}$mol•L^-1=6×10^-3ol/L，則Qc=c²（F^-）•c（Ca²⁺）=（3.6×10^-5mol/L）•0.1 mol•L^-1=3.6×10^-6＞Ksp，說明有沉淀產(chǎn)生，
故答案為：c（H⁺）=c（F^-）=$\sqrt{3.6×10{\;}^{-4}×0.1}$mol•L^-1=6×10^-3mol•L^-1，c（Ca²⁺）=0.1mol•L^-1，c²（F^-）•c（Ca²⁺）=3.6×10^-5×0.1=3.6×10^-6＞1.46×10^-10，則該體系有CaF₂沉淀．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)、電極原理、電極反應書寫、電離平衡常數(shù)計算應用、溶度積常數(shù)的計算和判斷，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．