Question

8．氟及其化合物的發(fā)現(xiàn)史充滿艱辛，現(xiàn)在氟及其化合物在生產(chǎn)生活中被廣泛使用，造福人類(lèi)．
（1）長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為氟的含氧酸不存在，但是在1971年斯圖杰爾和阿佩里曼成功地合成了次氟酸后，這種論點(diǎn)被徹底動(dòng)搖，他們是在0℃以下將氟化物從細(xì)冰末的上面通過(guò)，得到毫克量的次氟酸．
①寫(xiě)出次氟酸的電子式
②次氟酸能被熱水瞬間分解，生成一種常見(jiàn)的18e^-物質(zhì)M，該物質(zhì)被稱(chēng)為“綠色氧化劑”，寫(xiě)出次氟酸與熱水反應(yīng)的化學(xué)方程式HOF+H₂O=HF+H₂O₂
（2）氟單質(zhì)極其活潑，化學(xué)家于1986年首次制得氟氣，三步反應(yīng)原理如下：
①2KMnO₄+3H₂O₂+2KF+10HF=2K₂MnF₆+3O₂↑+8H₂O  
②SbCl₅+5HF═SbF₅+5HCl
③2K₂MnF₆+4SbF₅═4KSbF₆+2MnF₃+F₂ （反應(yīng)①、②里氟元素化合價(jià)不變）
則下列說(shuō)法正確的是CD
A．反應(yīng)①配平后，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2，
B．反應(yīng)②③都是氧化還原反應(yīng)
C．反應(yīng)③中K₂MnF₆一定是氧化劑可能還起到還原劑的作用
D．生成0.5mol的F₂整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)是4N_A個(gè)
（3）工業(yè)上制備氟氣通常采用電解氧化法，如圖是電熔融的氟氫化鉀（KHF₂）和無(wú)水氟化氫的混合物的實(shí)驗(yàn)裝置：
①已知陰極的電極反應(yīng)式為2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-，則電解的總反應(yīng)為2KHF₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+F₂↑+2KF
②出口1處的物質(zhì)是F₂（填化學(xué)式），隨著高溫電解的進(jìn)行，有一種物質(zhì)會(huì)不斷被揮發(fā)而消耗，需要從入口處進(jìn)行補(bǔ)充，則從入口處加入的物質(zhì)是HF（填化學(xué)）
（4）巴特萊特制得第一個(gè)稀有氣體化合物六氟合鉑酸氙：Xe﹢PtF₆﹦XePtF₆，該化合物極易與水反應(yīng)，生成氙、氧氣和鉑的+4價(jià)氧化物等，已知生成物氙和氧氣的物質(zhì)的量之比為2﹕1，試寫(xiě)出XePtF₆與水反應(yīng)的化學(xué)方程式2XePtF₆+6H₂O=2Xe↑+2PtO₂+12HF↑+O₂↑
（5）牙齒表面有一層釉質(zhì)，其組成為羥基磷灰石Ca₅（PO₄）₃OH（Ksp=6.8×10^-37），容易受到酸的侵蝕，為了防止蛀牙，人們常使用含氟離子的牙膏，其中的氟化物可使羥基磷灰石轉(zhuǎn)化為更難溶的氟磷灰石Ca₅（PO₄）₃F（Ksp=1.0×10^-60），寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；該反應(yīng)的平衡常數(shù)為6.8×10²³．

Answer 1

分析 （1）①次氟酸HFO中O原子與H、F原子分別形成1對(duì)共用電子對(duì)；
②次氟酸能被熱水瞬間分解，生成一種常見(jiàn)的18e^-物質(zhì)M，該物質(zhì)被稱(chēng)為“綠色氧化劑”，則M為H₂O₂，反應(yīng)還生成HF；
（2）Mn元素化合價(jià)由KMnO₄中+7價(jià)降低為K₂MnF₆中+4價(jià)，化合價(jià)共降低3價(jià)，H₂O₂中氧元素由-1價(jià)升高為O₂中0價(jià)，化合價(jià)共升高2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，可知KMnO₄、K₂MnF₆系數(shù)為2，H₂O₂、O₂的系數(shù)為3，由原子守恒，配平后方程式為：2KMnO₄+3H₂O₂+2KF+10HF=2K₂MnF₆+3O₂↑+8H₂O；
A．反應(yīng)①中氧化劑是KMnO₄，還原劑是H₂O₂；
B．反應(yīng)②中元素化合價(jià)均為發(fā)生變化；
C．反應(yīng)③中K₂MnF₆中Mn元素化合價(jià)降低為MnF₃中+3價(jià)，反應(yīng)中F元素化合價(jià)由-1升高為0價(jià)；
D．反應(yīng)①③屬于氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)②是非氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)③中根據(jù)F元素化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，根據(jù)方程式計(jì)算需要K₂MnF₆的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)①中Mn元素化合價(jià)變化計(jì)算①中轉(zhuǎn)移電子；
（3）①陰極的電極反應(yīng)式為2HF₂^-+2e^-═H+4F^-，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)^-失去電子生成F₂，整個(gè)過(guò)程生成H₂、F₂、KF；
②鋼電解應(yīng)為陰極，碳為陽(yáng)極，陽(yáng)極生成氣體為氟氣，隨著高溫電解的進(jìn)行，HF斷被揮發(fā)而消耗，需要從入口處進(jìn)行補(bǔ)充；
（4）XePtF₆與水反應(yīng)生成Xe、PtO₂、O₂，氙和氧氣的物質(zhì)的量之比為2﹕1，假設(shè)物質(zhì)的量分別為2mol、1mol，根據(jù)Xe原子守恒，可知XePtF₆為2mol，由Pt原子守恒可知PtO₂為2mol，由O原子守恒可知H₂O為6mol，由H、F原子守恒可知還生成12mol HF；
（5）由題意可知，反應(yīng)離子方程式為：Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；該反應(yīng)的平衡常數(shù)為=$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{F}^{-}）}$=$\frac{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}OH]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}$．

解答 解：（1）①次氟酸HFO中O原子與H、F原子分別形成1對(duì)共用電子對(duì)，電子式為：，
故答案為：；
②次氟酸能被熱水瞬間分解，生成一種常見(jiàn)的18e^-物質(zhì)M，該物質(zhì)被稱(chēng)為“綠色氧化劑”，則M為H₂O₂，反應(yīng)還生成HF，反應(yīng)方程式為：HOF+H₂O=HF+H₂O₂ ，
故答案為：HOF+H₂O=HF+H₂O₂ ；
（2）Mn元素化合價(jià)由KMnO₄中+7價(jià)降低為K₂MnF₆中+4價(jià)，化合價(jià)共降低3價(jià)，H₂O₂中氧元素由-1價(jià)升高為O₂中0價(jià)，化合價(jià)共升高2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，可知KMnO₄、K₂MnF₆系數(shù)為2，H₂O₂、O₂的系數(shù)為3，由原子守恒，配平后方程式為：2KMnO₄+3H₂O₂+2KF+10HF=2K₂MnF₆+3O₂↑+8H₂O；
A．反應(yīng)①中氧化劑是KMnO₄，還原劑是H₂O₂，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為2：3，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)②中元素化合價(jià)均為發(fā)生變化，屬于非氧化還原反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)③中K₂MnF₆中Mn元素化合價(jià)降低為MnF₃中+3價(jià)，反應(yīng)中F元素化合價(jià)由-1升高為0價(jià)，化合價(jià)變化的F元素可能來(lái)自K₂MnF₆中，故C正確；
D．反應(yīng)①③屬于氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)②是非氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)③中轉(zhuǎn)移電子為0.5mol×2×1=1mol，由方程式可知需要K₂MnF₆的物質(zhì)的量為0.5mol×2=1mol，由反應(yīng)①中Mn元素化合價(jià)變化，可知反應(yīng)①中轉(zhuǎn)移電子為1mol×3=3mol，故整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)移電子為4N_A，故D正確，
故答案為：2、3、2、10、2、2、8；CD；
（3）①陰極的電極反應(yīng)式為2HF₂^-+2e^-═H+4F^-，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)^-失去電子生成F₂，整個(gè)過(guò)程生成H₂、F₂、KF，電解總反應(yīng)式為 2KHF₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+F₂↑+2KF，故答案為：2KHF₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+F₂↑+2KF；
②鋼電解應(yīng)為陰極，碳為陽(yáng)極，陽(yáng)極生成氣體為氟氣，故出口1處的物質(zhì)為F₂，隨著高溫電解的進(jìn)行，HF斷被揮發(fā)而消耗，需要從入口處進(jìn)行補(bǔ)充，故答案為：F₂；HF；
（4）XePtF₆與水反應(yīng)生成Xe、PtO₂、O₂，氙和氧氣的物質(zhì)的量之比為2﹕1，假設(shè)物質(zhì)的量分別為2mol、1mol，根據(jù)Xe原子守恒，可知XePtF₆為2mol，由Pt原子守恒可知PtO₂為2mol，由O原子守恒可知H₂O為6mol，由H、F原子守恒可知還生成12mol HF，則反應(yīng)方程式為：2XePtF₆+6H₂O=2Xe↑+2PtO₂+12HF↑+O₂↑，
故答案為：2XePtF₆+6H₂O=2Xe↑+2PtO₂+12HF↑+O₂↑；
（5）由題意可知，反應(yīng)離子方程式為：Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；該反應(yīng)的平衡常數(shù)為=$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{F}^{-}）}$=$\frac{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}OH]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}$=$\frac{6.8×1{0}^{-37}}{1×1{0}^{-60}}$=6.8×10²³，
故答案為：Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；6.8×10²³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)基本概念、計(jì)算與配平以及電解原理、溶度積有關(guān)計(jì)算等，題目素材基本脫離中學(xué)內(nèi)容，較好的考查學(xué)生閱讀獲取信息能力、知識(shí)遷移運(yùn)用能力，難度較大．