Question

【题目】磷酸是重要的化学试剂和工业原料。请回答下列问题：

(1)已知：25℃时，磷酸和氢氟酸的电离常数如下表所示。

物质	H3PO4	HF
电离常数	Ka1＝7.1×103； Ka2＝6.3×108； Ka3＝4.2×1013	Ka＝6.6×104

向NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液，反应的离子方程式为____________

(2)已知：

Ⅰ.CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l)　ΔH＝-271kJ·mol1

Ⅱ.5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l)　ΔH＝-937kJ·mol1

则：①工业上用Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为____________。

②一定条件下，在密闭容器中只发生反应Ⅱ，达到平衡后缩小容器容积，HF的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；HF的平衡浓度________。

(3)工业上用磷尾矿制备Ca5(PO4)3F时生成的副产物CO可用于制备H2，原理为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH。

①一定温度下，向10L密闭容器中充入0.5mol CO和1mol H2O(g)，2min达到平衡时，测得0～2min内用CO2表示的反应速率v(CO2)＝0.02mol·L1·min1。则CO的平衡转化率α＝________；该反应的平衡常数K＝________。

②在压强不变的密闭容器中发生上述反应，设起始的＝y，CO的平衡体积分数(φ)与温度(T)的关系如图所示。则：该反应的ΔH___0(填“＞”“＜”或“＝”，下同)。a_____1，理由为_____________

Answer 1

【答案】H3PO4+F－＝HF+H2PO4－ Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)3H3PO4(l)＋HF(g)＋5CaSO4(s) ΔH=－418 kJ·mol－1 增大 不变 80% ＜ ＜ 相同温度下，y越小，CO的转化率越大，其平衡体积分数越小

【解析】

（1）根据电离平衡常数可知酸性有如下关系：H3PO4＞HF＞H2PO4－＞HPO42－，所以向NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液，反应的离子方程式为为：H3PO4+F－＝HF+H2PO4－；

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

Ⅱ．5CaO(s)+3H3PO4(l)＋HF(g)Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l) ΔH=－937 kJ·mol－1

根据盖斯定律可知Ⅰ×5－Ⅱ即得到Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)3H3PO4(l)＋HF(g)＋5CaSO4(s) ΔH=－418 kJ·mol－1；

②反应Ⅱ的正反应体积减小，所以达到平衡后缩小容器容积平衡向正反应方向移动，HF的平衡转化率增大。由于温度不变，平衡常数不变，即K＝c(HF)，因此HF的平衡浓度不变；

（3）①测得 0～2 min内用CO2表示的反应速率v(CO2)=0.02 mol·L－1·min－1，所以生成CO2浓度是0.04mol/L，则

因此CO的平衡转化率α=×100%＝80%，该反应的平衡常数K＝=；

②根据图像可知升高温度CO的体积分数增大，说明平衡向逆反应方向进行，所以该反应的ΔH＜0，由于相同温度下，y越小，CO的转化率越大，其平衡体积分数越小，所以a＜1。