Question

【题目】砷及其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂与多种合金中，其中三氧化二砷（AS2O3)被称为砒霜，是一 种毒性很强的物质。回答下列问题：

（1）As在元素周期表中的位置是_____________，AsH3的电子式_________。

（2）一定条件下，雄黄（As4S4)与As2O3的转化关系如图所示。若该反应中1mol As4S4(其中As元素的化合价为+2)参加反应时，转移28mole-，则物质a为_________(填化学式）。

（3）焦炭真空冶炼砷时需加入催化剂，其中部分反应的热化学方程式如下：

反应 I ．As2O3(g) +3C(s) 2As(g) +3CO(g) =a kJ· mol-1

反应 II．As2O3(g) +3C(s) As4(g) +3CO(g) =b kJ ·mol-1

反应III．As4(g) 4As(g)

① =_________kJ ·mol-1 (用含a，b的代数式表示）。

②反应中催化剂的活性会因为反应II[生成As4(g)]的发生而降低，同时存在的反应III可使As4(g)的量减少。已知催化剂X、Y的相关数据如表所示：

		反应II	反应III
活化能/ (kJ ·mol -1 )	催化剂X	56	75
	催化剂Y	37	97

由表中数据判断催化剂X_______ (填“优于”或“劣于”）催化剂Y。

（4）298 K 时，将 20mL 3xmol·L-1 Na3AsO3溶液、20 ml 3xmol·L-l I2溶液和 20mL 6xmol· L-l NaOH 溶液混合（忽略溶液体积变化），发生反应:(aq) +I2(aq) +2OH-(aq) (aq) +2I-(aq) +H2O(l)。溶液中 c()与反应时间(t)的关系如图所示。

①下列可说明反应达到平衡的是_______ (填标号）。

a．v(I- ) =2v( )

b．溶液的c（OH-）不再发生变化

c．c(I-) =ymol· L-1

d．c()/c()不再发生变化

e．c(Na+) =5xmol· L-1

②tm min时，v正（)_______ (填“大于”“小于”或“等于”）v逆( )。

③tm min时v逆( ) _______ (填“大于”“小于”或“等于”）tn时v逆( )，理由是___________________。

Answer 1

【答案】第四周期第ⅴA族 SO2 2a-2b 优于 bd > < tm时生成物浓度较低

【解析】

(1)As是33号元素，根据其核外电子排布规律确定元素周期表中的位置；AsH3是共价化合物，据此写出电子式；

(2)根据题给信息，结合氧化还原反应规律确定反应中消耗氧气的量，根据原子守恒确定产物的化学式；

(3)①根据盖斯定律进行计算；

②反应的活化能越小，反应速率越快，根据表格数据和题给信息(反应中催化剂的活性会因为发生反应Ⅱ(生成As4)而降低，同时存在的反应Ⅲ使As4量减少)，相对于催化剂Y，使用催化剂X时，反应Ⅱ(生成As4)的活化能更大，生成As4的反应速率小，从而降低副反应Ⅱ的进行程度，并且反应Ⅲ活化能相对较小，消耗As的反应速率大，使As4尽可能转化为As；

(4)①根据反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各组分的浓度保持不变进行平衡状态的分析；

②结合图像分析，反应从正反应方向开始进行，tm时反应继续正向进行；

③结合图像分析，tm时AsO43-的浓度比tn时小，所以逆反应速率v(tm)<v(tn)。

(1)As是33号元素，在元素周期表中的位置是第四周期第ⅤA族，AsH3是共价化合物，电子式为，故本题答案为：第四周期第ⅴA族；；

(2)若该反应中1mol As4S4参加反应时，转移28mole-，则消耗了7mol氧气，则化学方程式为：As4S4+7O2=2As2O3+4SO2，物质a为SO2，本题答案为：SO2；

(3)①反应 I ．As2O3(g) +3C(s)2As(g) +3CO(g) =a kJ· mol-1

反应 II．As2O3(g) +3C(s)As4(g) +3CO(g)=b kJ ·mol-1

反应III．As4(g)4As(g)

由盖斯定律有：反应III=反应Ⅰ×2－反应Ⅱ×2，得到As4(g)4As(g)=(2a-2b)kJ ·mol-1，故答案为2a-2b；

②反应的活化能越小，反应速率越快，根据表格数据和题给信息(反应中催化剂的活性会因为发生反应Ⅱ(生成As4)而降低，同时存在的反应Ⅲ使As4量减少)，相对于催化剂Y，使用催化剂X时，反应Ⅱ(生成As4)的活化能更大，生成As4的反应速率小，从而降低副反应Ⅱ的进行程度，并且反应Ⅲ活化能相对较小，消耗As的反应速率大，使As4尽可能转化为As，所以催化剂X优于催化剂Y，本题答案为：优于；

(4)①a．题中未指出是正反应速率还是逆反应速率，不能判断，a项错误；

b．溶液的c(OH-)不变，则pH也保持不变，所以体系中各组分的浓度均不再变化，反应处于平衡状态，b项正确；

c．由题图知，平衡时c(I-)=2c(AsO43-)=2y mol/L所以c(I-)=y mol/L时反应不是平衡状态，c项错误；

d．由于As元素的总量一定，所以c()/c()不再发生变化，c()与c()均保持不变，反应处于平衡状态，d项正确；

e．由离子方程式可知，钠离子不参与反应，故钠离子的浓度一直不变，当c(Na+)=5xmol· L-1，不能判断反应是否平衡，e项错误；

故选bd。

②反应从正反应方向开始进行，tm时反应继续正向进行，故v(正)>v(逆)，本题答案为：>；

③tm时AsO43-的浓度比tn时小，所以逆反应速率v(tm)<v(tn)，故本题答案为：<；tm时生成物浓度较低。