Question

【題目】砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有著廣泛的用途。回答下列問題：

(1)畫出砷的原子結(jié)構(gòu)示意圖____________。

(2)工業(yè)上常將含砷廢渣(主要成分為As2S3)制成漿狀，通入O2氧化，生成H3AsO4和單質(zhì)硫。寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式__________。該反應(yīng)需要在加壓下進(jìn)行，原因是__________________。

(3)已知：As(s)+H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1

H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH2

2As(s)+O2(g) =As2O5(s) ΔH3

則反應(yīng)As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =_________。

(4)H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分?jǐn)?shù)(平衡時某物種的濃度占各物種 濃度之和的分?jǐn)?shù))與pH的關(guān)系分別如圖所示。

①以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.0 ~ 10.0),將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中,當(dāng)溶液由無色變?yōu)闇\紅色時停止滴加。該過程中主要反應(yīng)的離子方程式為 _____________________。 ②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數(shù)為Ka1,則pKa1=___(pKa1 = -lg Ka1 )。

(5)CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

①CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖1所示，該反應(yīng)的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。

圖表示CO的平衡轉(zhuǎn)化率與起始投料比、溫度的變化關(guān)系，測得B(x1,60)點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x1＝__________。

②一定條件下，將2 mol CO和2 mol H2置于容積為2 L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時CO與H2體積之比為2∶1，則平衡常數(shù)K＝________。

Answer 1

【答案】 加壓可以增加反應(yīng)物O2的濃度，提高As2S3的轉(zhuǎn)化率 2△H1-3△H2-△H3 OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O 2.2 ＜ 3 4.5

【解析】

（1）砷元素原子序數(shù)為33，原子核外有四個電子層，最外層5個電子，據(jù)此寫出原子結(jié)構(gòu)示意圖；

（2）工業(yè)上常將含砷廢渣（主要成分為As2O3）制成漿狀，通入O2氧化，生成H3AsO4和單質(zhì)硫，結(jié)合氧化還原反應(yīng)電子守恒和原子守恒書寫化學(xué)方程式，反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強提高反應(yīng)速率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)效率高；

（3）①As（s）+3/2H2（g）+2O2（g）=H3AsO4（s）△H1；②H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H2；③2As（s）+5/2O2（g）=As2O5（s）△H3，蓋斯定律計算得到反應(yīng)As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）的△H；

（4）①根據(jù)圖知，堿性條件下H3AsO3的濃度減小、H2AsO3-濃度增大，說明堿和H3AsO3生成H2AsO3-，該反應(yīng)為酸堿的中和反應(yīng)；

②根據(jù)Ka1=c（H2AsO4）c（H+）/c（H3AsO4）進(jìn)行計算；

（5）①由圖1可知，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡逆向移動，正向是放熱反應(yīng)，ΔH<0；n(H2)/n(CO)一定時，CO的轉(zhuǎn)化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，轉(zhuǎn)化率高的平衡常數(shù)大，所以K1、K2、K3的大小關(guān)系為K1>K2>K3，測得B(X1，60)點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，CO的轉(zhuǎn)化率是60%，設(shè)B點時CO、H2的物質(zhì)的量分別是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3，即x1=3；

②設(shè)平衡時CO的濃度是x，則氫氣的濃度是2x-1，生成甲醇的濃度是1-x，根據(jù)題意得：x/(2x-1)=2：1，x=2/3mol/L，所以K=(1-x)/x·(2x-1)2=4.5L2·mol-2。

（1）砷元素原子序數(shù)為33，原子核外有四個電子層，最外層5個電子，原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：。

（2）工業(yè)上常將含砷廢渣（主要成分為As2O3）制成漿狀，通入O2氧化，生成H3AsO4和單質(zhì)硫，砷元素化合價+3價變化為+5價，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S，增大壓強，可增大反應(yīng)速率，并使平衡正向移動，增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故答案為：2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S；加壓可以增加反應(yīng)物O2的濃度，提高As2S3的轉(zhuǎn)化率。

（3）已知：①As（s）+3/2H2（g）+2O2（g）=H3AsO4（s）△H1，②H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H2，③2As（s）+5/2O2（g）=As2O5（s）△H3，則利用蓋斯定律將①×2-②×3-③可得As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）△H=2△H1-3△H2-△H3，故答案為：2△H1-3△H2-△H3。

（4）①根據(jù)圖知，堿性條件下H3AsO3的濃度減小、H2AsO3-濃度增大，說明堿和H3AsO3生成H2AsO3-，該反應(yīng)為酸堿的中和反應(yīng)，同時還生成水，離子方程式為OH-+H3AsO3=H2AsO3-+H2O，故答案為：OH-+H3AsO3=H2AsO3-+H2O。

②Ka1=c（H2AsO4）c（H+）/c（H3AsO4），pH=2.2時c（H+）=10-2.2mol/L，c（H3AsO3）=c（H2AsO3-），pKa1=-lgKa1=-lgc（H2AsO4）c（H+）/c（H3AsO4）=2.2，故答案為：2.2。

（5）①由圖1可知，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡逆向移動，正向是放熱反應(yīng)，ΔH<0；n(H2)/n(CO)一定時，CO的轉(zhuǎn)化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，轉(zhuǎn)化率高的平衡常數(shù)大，所以K1、K2、K3的大小關(guān)系為K1>K2>K3，測得B(X1，60)點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，CO的轉(zhuǎn)化率是60%，設(shè)B點時CO、H2的物質(zhì)的量分別是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3，即x1=3；故答案為：＜，3。

②設(shè)平衡時CO的濃度是x，則氫氣的濃度是2x-1，生成甲醇的濃度是1-x，根據(jù)題意得：x/(2x-1)=2：1，x=2/3mol/L，所以K=(1-x)/x·(2x-1)2=4.5L2·mol-2，故答案為：4.5。