题目内容

1．由磷灰石[Ca3（PO4）2]、SiO2、焦炭为原料可生产白磷、磷酸、甲醇、硅胶等多种物质．图1工艺流程的设计具有原料利用率高，废弃物少等特点．

（1）碳、硅、锗、铅为同族元素，锗原子的核外电子排布共四个层；上述反应中属于置换反应的是①③；
（2）磷灰石[Ca3（PO4）2]、SiO2、焦炭高温下作用制备白磷，其氧化剂与还原剂的物质的量比为1：5；
白磷溶于氯水作用后，将所得产物蒸馏可得盐酸和磷酸，写出反应的化学方程式P4+16H2O+10Cl2=4H3PO4+20HCl；
（3）反应③需要在隔绝氧气和无水条件下进行，其理由是高温下氢气与空气中的氧气会发生爆炸；
（4）磷的重要化合物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2所示．pH=8，溶液中含磷阴离子的浓度大小关系为c（HPO42-）＞c（H2PO4-）．由等浓度NaH2PO4、Na2HPO4组成的混和溶液有抗少量强酸或少量强碱的缓冲性（常称为缓冲溶液）（即加入少量酸碱溶液，其pH无明显升降）写出该混合溶液滴加少量NaOH溶液时主要抗碱反应的离子方程式H2PO4-+OH-=HPO42-+H2O；
（5）甲醇和空气的碱性燃料电池能量转化率高，1mol甲醇完全燃烧，碱液吸收后放出质量akJ，若燃料电池的能量转化效率为80%，则该甲醇燃料电池的能量密度为（单位千克质量燃料转化为电能时放出能量）25a（kJ/kg）

分析 （1）周期序数等于电子层数；置换反应是单质与化合物反应生成另一种单质与另一种化合物；
（2）磷灰石[Ca3（PO4）2]、SiO2、焦炭高温下作用制备白磷，反应方程式为：2Ca3（PO4）2+6SiO2+10C═6CaSiO3+P4+10CO，由根据化合价的变化来分析判断；白磷溶于氯水作用后，将所得产物蒸馏可得盐酸和磷酸，反应方程式为：P4+16H2O+10Cl2=4H3PO4+20HCl；
（3）高温下氢气与空气中的氧气会发生爆炸；
（4）溶液中主要含磷物种浓度大小关系可由图表得出；当外来少量H+时：HPO4-与H+反应，消耗H+：HPO4-+H+=H2PO4-，当外来少量OH-时，H2PO4-与OH-反应，消耗OH-：H2PO4-+OH-=HPO42-+H2O；
（5）1mol甲醇完全燃烧，碱液吸收后放出质量akJ，所以2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O放出热量为：0.8a，则甲醇燃料电池的能量密度为$\frac{0.8a}{32×1{0}^{-3}}$=25a．

解答 解：（1）周期序数等于电子层数，锗位于第四周期，所以核外电子排布有四个电子层；二氧化硅与焦炭反应生成硅与一氧化碳和粗硅与氯化氢反应都是置换反应，故答案为：四个；①③；
（2）磷灰石[Ca3（PO4）2]、SiO2、焦炭高温下作用制备白磷，反应方程式为：2Ca3（PO4）2+6SiO2+10C═6CaSiO3+P4+10CO，反应过程中焦炭中碳元素的化合价升高，作还原剂，磷酸钙中的磷元素化合价降低作氧化剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为：2：10，所以其氧化剂与还原剂的物质的量比为1：5；白磷溶于氯水作用后，将所得产物蒸馏可得盐酸和磷酸，反应方程式为：P4+16H2O+10Cl2=4H3PO4+20HCl；
故答案为：1：5；P4+16H2O+10Cl2=4H3PO4+20HCl；
（3）高温下氢气与空气中的氧气会发生爆炸，所以要隔绝空气，故答案为：高温下氢气与空气中的氧气会发生爆炸；
（4）溶液中主要含磷物种浓：度大小关系可由图表得出 c（HPO42-）＞c（H2PO4-）；当外来少量H+时：HPO4-与H+反应，消耗H+：HPO4-+H+=H2PO4-，当外来少量OH-时，H2PO4-与OH-反应，消耗OH-：H2PO4-+OH-=HPO42-+H2O；故答案为：c（HPO42-）＞c（H2PO4-）；H2PO4-+OH-=HPO42-+H2O；
（5）1mol甲醇完全燃烧，碱液吸收后放出质量akJ，所以2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O放出热量为：0.8a，则甲醇燃料电池的能量密度为$\frac{0.8a}{32×1{0}^{-3}}$=25akJ/kg，故答案为：25a．

点评 本题考查元素化合物之间的转化结合元素周期律和化学反应的类型以及化学反应原理的考查，综合性强，有一定的难度．

练习册系列答案
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