Question

15．氟的单质及其化合物在生产杀虫剂、灭火剂及特种塑料等方面用途广泛．
（1）在2%的氢氧化钠溶液中通入氯气，发生反应：2F₂+2NaOH═2NaF+H₂O+OF₂．该反应氧化剂匀还原剂的物质的量之比为2：1，OF₂的电子式为．
（2）SF₆是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S-F键，己知1molS （s）转化为气态硫原子吸收能晕280KJ，F-F键能为160KJ•mol^-1，S-F键能为330kJ•mol^-1，试写出固态S单质和氟气反应生成SF₆气体的热化学方程式S（s）+3F₂（g）=SF₆ △H=-1220kJ/mol．
（3）用含氟牙膏刷牙，氟离子会与牙釉质[主要成分为Ca₅（PO₄）₃OH]发生反应：
Ca₅（PO₄）₃OH（s）+F^-（aq）?Ca₅（PO₄）₃F（s）+OH^-（aq），该反应的平衡常数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“不粘涂层”．制备四氟化烯的反应原理为2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） （反应1），副反应为3CHClF₂（g）?C₃H₆（g）+3HCl（g） （反应11），反应达到平衡时各气体的物质的量分数随温度的变化如图所示．
①在恒温，恒容的条件下，下列能够说明反应I达到化学平衡状态的是BD
A．混合气体密度不再改变
B．混合气体平均相对分子质量不再改变
C．V_正（C₂F₄）=2V_逆（HCl）
D．c（CHClF₂）与c（HCl）比值保持不变
②图中曲线A表示的物质是HCl（填化学式）．
③反应2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） 的△H＞0（填“＞”或“＜”）
④工业上常在900℃以上通过裂解CHClF₂来制取C₂F₄，其原因是C₂F₄的产率高，副产物C₃F₆的含量几乎为0．
（5）25℃时，向amol/L的NaF溶液中滴加等体积bmol/L的盐酸使溶液呈中性（不考虑盐酸与氢氟酸的挥发，忽略溶液体积变化），则HF的电离平衡常数Ka=$\frac{1{0}^{-7}（a-b）}{b}$．（用含a和b的代数式表示）

Answer 1

分析 （1）元素的化合价降低的反应物为氧化剂，元素的化合价升高的反应物为还原剂，据此分析解答，OF₂中氟原子最外层达到8电子稳定结构，漏掉了F周围的6个电子；
（2）根据反应热△H=反应物总键能-生成物总键能计算反应热；
（3）Ca₅（PO₄）₃F溶度积比Ca₅（PO₄）₃OH小，从难溶电解质的溶解平衡的角度分析，结合K的计算表达式及Ksp计算；
（4）①反应达到平衡状态的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变分析选项；
②A物质的量一直在增加，且增加量最大，为氯化氢；
③温度升高平衡向吸热的方向移动；
④通过图示可知，在900℃以上，副产物C₃F₆的含量几乎为0；
（5）盐酸和NaF之间反应生成氯化钠和HF，溶液显示中性，所以NaF会剩余，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，由于溶液体积加倍，则离子浓度均减半，故c（Cl^-）=0.5bmol/L，而根据溶液的电中性可知：c（F^-）+c（Cl^-）=c（Na⁺）=0.5amol/L，所以c（F^-）=（0.5a-0.5b）mol/L，根据HF的电离常数表达式来计算．

解答 解：（1）2F₂+2NaOH═2NaF+H₂O+OF₂，该反应中F的化合价变化为（0→-1）、O元素的化合价变化为（0→+2）氧化剂为F₂，还原剂为NaOH，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，二氟化氧分子中F原子最外层达到8电子稳定结构，其正确的电子式为，
故答案为：2：1；；
（2）反应热△H=反应物总键能-生成物总键能，所以对于S（s）+3F₂（g）═SF₆（g），其反应热△H=280kJ/mol+3×160kJ/mol-6×330kJ/mol=-1220kJ/mol，即S（s）+3F₂（g）=SF₆ △H=-1220kJ/mol，
故答案为：S（s）+3F₂（g）=SF₆ △H=-1220kJ/mol；
（3）Ca₅（PO₄）₃F溶度积比Ca₅（PO₄）₃OH小，羟基磷酸钙在水中存在平衡：Ca₅（PO₄）₃OH（s）?5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+OH^-（aq），含氟牙膏中的F^-与该平衡中的Ca²⁺、PO₄^3-结合成更难溶的Ca₅（PO₄）₃F，使平衡向右移动，牙齿表面的羟基磷酸钙转化成了氟磷酸钙，使牙齿得到保护，发生的离子反应为Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-，该反应的平衡常数K=$\frac{C（O{H}^{-}）}{C（{F}^{-}）}$=$\frac{7×1{0}^{-37}}{2.8×1{0}^{-61}}$=2.5×10²⁴；
故答案为：2.5×10²⁴；
（4）①A．制备四氟化烯反应前后都为气体，在恒容的条件下，混合气体密度始终保持改变，故A错误；
B．制备四氟化烯的反应，反应前后物质的量在变化，混合气体的平均相对分子质量M=$\frac{m}{n}$，气体的质量在反应前后是守恒的，是一个反应前后物质的量会变化的反应，所以当M不变时，达到了平衡，故B正确；
C．2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） （反应1），副反应为3CHClF₂（g）?C₃H₆（g）+3HCl（g） （反应11），需满足V_正（C₂F₄）=5V_逆（HCl），故C错误；
D．c（CHClF₂）与c（HCl）比值保持不变，说明各物质的量不变，达到了平衡，故D正确；
故答案为：BD；
②由2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） （反应1），副反应为3CHClF₂（g）?C₃H₆（g）+3HCl（g） （反应11）可知氯化氢的物质的量一直在增加，且增加量最大，所以A为氯化氢，
故答案为：HCl；
③根据图示可知，随着温度的升高CHClF₂物质的量在减少，所以正反应为吸热反应，即2CHClF₂（g）?C₂F₄（g）+2HCl（g） 的△H＞0，
故答案为：＞；
④通过图示可知，在900℃以上，副产物C₃F₆的含量几乎为0，工业上常在900℃以上通过裂解CHClF₂来制取C₂F₄，其原因是C₂F₄的产率高，副产物C₃F₆的含量几乎为0，
故答案为：C₂F₄的产率高，副产物C₃F₆的含量几乎为0；
（5）盐酸和NaF之间反应生成氯化钠和HF，溶液显示中性，所以NaF会剩余，则生成的c（HF）=0.5bmol/L，溶液显中性，故c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，根据电荷守恒，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的电离常数K_a=$\frac{C（{H}^{+}）•C（{F}^{-}）}{C（HF）}$=$\frac{1{0}^{-7}×（0.5a-0.5b）}{0.5a}$=$\frac{1{0}^{-7}（a-b）}{b}$，
故答案为：$\frac{1{0}^{-7}（a-b）}{b}$．

点评 本题考查了氟的单质及其化合物，涉及电子式、反应热的计算、化学平衡、混合溶液中的弱电解质的电离平衡常数的计算等，题目难度中等，（5）注意计算过程中的电荷守恒和物料守恒的运用．