Question

15．在化工生产和科学研究中各种酸具有重要的用途．
（1）磷酸是一种三元中强酸，在溶液中各种含P粒子的百分数（δ）与溶液的pH关系如图：则磷酸的第二级电离平衡常数约为10^-7；Na₂HPO₄溶液的pH约为10，说明HPO₄^-水解程度大于电离程度（用其电离与水解程度来解释），Na₂HPO₄溶液的物料守恒式为c（Na⁺）=2[c（H₃PO₄）+c（H₂PO₄^-）+c（HPO₄^2-）+c（PO₄^3-）]．
（2）乙酸（用HA_C来表示）是一种重要的化工原料也可作溶剂．HClO₄、HCl、HNO₃、H₂SO₄在无水乙酸中都是弱酸，存在如下电离平衡（电离常数均为常温下的数值）：
HClO₄+HA_C═H₂A_C⁺+ClO₄^-K═1.6×10^-5
HCl+HA_C═H₂A_C⁺+Cl^-K═1.6×10^-9
HNO₃+HA_C═H₂A_C⁺+NO₃^-K═4.2×10^-10
H₂SO₄+HA_C═H₂A_C⁺+HSO₄^-K═6.3×10^-9
①H₂A_C⁺的名称为乙酸合氢离子；用乙酸作溶剂时，HClO₄、HCl、HNO₃、H₂SO₄的酸性由强到弱的排序为HClO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃；在0.01mol/L HNO₃的乙酸溶液中，c（NO₃^-）=2×10^-6（计算结果保留一位有效数字）．
②已知如表酸在水中的电离常数（25℃）

酸	HCN	HAc	HF	H2SO3
Ka	4.9×10-10	1.75×10-5	3.5×10-4	K1=1.5×10-2

则在相同条件下0.1mol/L HClO₄的乙酸溶液与0.1 mol/L HAc水溶液导电能力最接近．
（3）混酸（浓硫酸和浓硝酸的混合物）是常用的硝化试剂，其中含有硝化反应的中间体NO₂⁺，其反应是：2H₂SO₄+HNO₃═[NO₂]⁺[HSO₄]^-+[H₃O⁺][HSO₄]^-．根据中和反应的原理判断此反应中HNO₃作为碱；NO₂⁺与CO₂或N₂O或N₃^-或^-OCN（填化学式）的原子数和电子数相同、结构相似；H₃O⁺的空间构型为三角锥形．

Answer 1

分析 （1）图象可以看出，当pH=7时，磷酸氢跟离子和磷酸二氢根离子浓度相等，根据Ka（H₂PO₄^-）=$\frac{c（{H}^{+}）•c（HP{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}P{{O}_{4}}^{-}）}$计算；根据图象分析可知，pH=10时，溶液中只有HPO₄^2-；Na₂HPO₄溶液中钠离子的物质的量是P元素物质的量的2倍；
（2）①H₂A_C⁺的名称为乙酸合氢离子；电离常数越大，酸性越强；根据K=$\frac{c（{H}_{2}A{C}^{+}）•c（N{{O}_{3}}^{-}）}{c（HN{O}_{3}）}$计算；
②酸的电离常数相近，溶液中离子浓度相近，溶液的导电性相似；
（3）反应中硝酸转化为阳离子，则硝酸作碱；等电子体的原子数和电子数相同、结构相似；根据价层电子对数判断．

解答 解：（1）由图象可以看出，当pH=7时，磷酸氢根离子和磷酸二氢根离子浓度相等，则Ka（H₂PO₄^-）=$\frac{c（{H}^{+}）•c（HP{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}P{{O}_{4}}^{-}）}$=10^-7；根据图象分析可知，pH=10时，溶液中只有HPO₄^2-，则Na₂HPO₄溶液的pH约为10，Na₂HPO₄在溶液中既水解又电离，其水解程度大于大于电离程度，所以溶液显碱性；Na₂HPO₄溶液中钠元素的物质的量是P元素物质的量的2倍，所以溶液中的物料守恒为：c（Na⁺）=2[c（H₃PO₄）+c（H₂PO₄^-）+c（HPO₄^2-）+c（PO₄^3-）]；
故答案为：10^-7；10；水解程度大于电离程度；c（Na⁺）=2[c（H₃PO₄）+c（H₂PO₄^-）+c（HPO₄^2-）+c（PO₄^3-）]；
（2）①H₂A_C⁺为H⁺与HAc结合形成的离子，其名称为乙酸合氢离子；电离常数越大，酸性越强，由题中所给出的电离常数可知，酸性由强到弱的排序为HClO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃；在0.01mol/L HNO₃的乙酸溶液中，设c（NO₃^-）为xmol/L，则K=$\frac{c（{H}_{2}A{C}^{+}）•c（N{{O}_{3}}^{-}）}{c（HN{O}_{3}）}$=$\frac{{x}^{2}}{0.01}$=4.2×10^-10，解得x≈2×10^-6mol/L；
故答案为：乙酸合氢离子；HClO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃；2×10^-6；
②酸的电离常数相近，溶液中离子浓度相近，溶液的导电性相似，已知在相同条件下0.1mol/L HClO₄的乙酸溶液中K═1.6×10^-5，水溶液中0.1 mol/L HAc的K=1.75×10^-5，二者的电离常数相近，则溶液的导电性相似；
故答案为：0.1 mol/L HAc；
（3）2H₂SO₄+HNO₃═[NO₂]⁺[HSO₄]^-+[H₃O⁺][HSO₄]^-反应中硝酸转化为阳离子，所以硫酸作酸，硝酸作碱；等电子体的原子数和电子数相同、结构相似，NO₂⁺与 CO₂或N₂O或N₃^-或^-OCN互为等电子体；H₃O⁺的中心原子O的价层电子对数为4，而且含有1个孤电子对，则其空间构型为三角锥形；
故答案为：碱；CO₂或N₂O或N₃^-或^-OCN；三角锥形．

点评 本题考查了弱电解质的电离、电离平衡常数、价层电子对互斥理论等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等，注意把握电离常数的计算及应用．