题目内容

3.氟及其化合物的发现史充满艰辛,现在氟及其化合物在生产生活中被广泛使用,造福人类.
(1)氟单质极其活泼,化学家于1986年首次制得氟气,三步反应原理如下:
①2KMnO4+3H2O2+2KF+10HF=2K2MnF6+2O2↑+8H2O  
②SbCl5+5HF═SbF5+5HCl
③2K2MnF6+4SbF5═4KSbF6+2MnF3+F2  (反应①、②里氟元素化合价不变)
则下列说法正确的是CD
A.反应①配平后,氧化剂和还原剂的物质的量之比为3:2,
B.反应②③都是氧化还原反应
C.反应③中K2MnF6一定是氧化剂可能还起到还原剂的作用
D.生成0.5mol的F2整个反应过程中转移的电子总数是4NA个
(2)牙齿表面有一层釉质,其组成为羟基磷灰石Ca5(PO4)3OH(Ksp=6.8×10-37),容易受到酸的侵蚀,为了防止蛀牙,人们常使用含氟离子的牙膏,其中的氟化物可使羟基磷灰石转化为更难溶的氟磷灰石Ca5(PO4)3F(Ksp=1.0×10-60),写出该反应的离子方程式Ca5(PO4)3OH+F-=Ca5(PO4)3F+OH-;该反应的平衡常数为6.8×1023.

分析 (1)Mn元素化合价由KMnO4中+7价降低为K2MnF6中+4价,化合价共降低3价,H2O2中氧元素由-1价升高为O2中0价,化合价共升高2价,化合价升降最小公倍数为6,可知KMnO4、K2MnF6系数为2,H2O2、O2的系数为3,由原子守恒,配平后方程式为:2KMnO4+3H2O2+2KF+10HF=2K2MnF6+3O2↑+8H2O;
A.反应①中氧化剂是KMnO4,还原剂是H2O2;
B.反应②中元素化合价均为发生变化;
C.反应③中K2MnF6中Mn元素化合价降低为MnF3中+3价,反应中F元素化合价由-1升高为0价;
D.反应①③属于氧化还原反应,反应②是非氧化还原反应,反应③中根据F元素化合价变化计算转移电子数,根据方程式计算需要K2MnF6的物质的量,再根据反应①中Mn元素化合价变化计算①中转移电子;
(2)由题意可知,反应离子方程式为:Ca5(PO4)3OH+F-=Ca5(PO4)3F+OH-;该反应的平衡常数为=$\frac{c(O{H}^{-})}{c({F}^{-})}$=$\frac{\frac{Ksp[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}OH]}{c\{[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}]^{-}\}}}{\frac{Ksp[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}]}{c\{[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}]^{-}\}}}$.

解答 解:(1)Mn元素化合价由KMnO4中+7价降低为K2MnF6中+4价,化合价共降低3价,H2O2中氧元素由-1价升高为O2中0价,化合价共升高2价,化合价升降最小公倍数为6,可知KMnO4、K2MnF6系数为2,H2O2、O2的系数为3,由原子守恒,配平后方程式为:2KMnO4+3H2O2+2KF+10HF=2K2MnF6+3O2↑+8H2O;
A.反应①中氧化剂是KMnO4,还原剂是H2O2,氧化剂和还原剂的物质的量之比为2:3,故A错误;
B.反应②中元素化合价均为发生变化,属于非氧化还原反应,故B错误;
C.反应③中K2MnF6中Mn元素化合价降低为MnF3中+3价,反应中F元素化合价由-1升高为0价,化合价变化的F元素可能来自K2MnF6中,故C正确;
D.反应①③属于氧化还原反应,反应②是非氧化还原反应,反应③中转移电子为0.5mol×2×1=1mol,由方程式可知需要K2MnF6的物质的量为0.5mol×2=1mol,由反应①中Mn元素化合价变化,可知反应①中转移电子为1mol×3=3mol,故整个过程转移电子为4NA,故D正确,
故答案为:2、3、2、10、2、2、8;CD;
(2)由题意可知,反应离子方程式为:Ca5(PO4)3OH+F-=Ca5(PO4)3F+OH-;该反应的平衡常数为=$\frac{c(O{H}^{-})}{c({F}^{-})}$=$\frac{\frac{Ksp[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}OH]}{c\{[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}]^{-}\}}}{\frac{Ksp[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}]}{c\{[C{a}_{5}(P{O}_{4})_{3}]^{-}\}}}$=$\frac{6.8×1{0}^{-37}}{1×1{0}^{-60}}$=6.8×1023,
故答案为:Ca5(PO4)3OH+F-=Ca5(PO4)3F+OH-;6.8×1023.

点评 本题考查氧化还原反应基本概念、计算与配平以及溶度积有关计算等,题目素材基本脱离中学内容,较好的考查学生阅读获取信息能力、知识迁移运用能力,难度较大.

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