Question

17．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)生反應的化學方程式2As₂S₃+5O₂+6H₂O=4H₃AsO₄+6S．該反應需要在加壓下進行，原因是加壓反應速率增大，而且平衡右移，可提高生產(chǎn)效率．
（3）已知：As（s）+$\frac{3}{2}$H₂（g）+2O₂（g）=H₃AsO₄（s）△H₁
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂
2As（s）+$\frac{5}{2}$O₂（g）=As₂O₅（s）△H₃
則反應As₂O₅（s）+3H₂O（l）=2H₃AsO₄（s）的△H=2△H₁-3△H₂-△H₃．
（4）298K時，將20mL 3x mol•L^-1 Na₃AsO₃、20mL 3x mol•L^-1 I₂和20mL NaOH溶液混合，發(fā)生反應：AsO₃^3-（aq）+I₂（aq）+2OH^-?AsO₄^3-（aq）+2I^-（aq）+H₂O（l）．溶液中c（AsO₄^3-）與反應時間（t）的關系如圖所示．

①下列可判斷反應達到平衡的是ac（填標號）．
a．溶液的pH不再變化
b．v（I^-）=2v（AsO₃^3-）
c．c （AsO₄^3-）/c （AsO₃^3-）不再變化
d．c（I^-）=y mol•L^-1
②t_m時，v_正大于 v_逆（填“大于”“小于”或“等于”）．
③t_m時v_逆小于 t_n時v_逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是tm時AsO₄^3-濃度更小，反應速率更慢．
④若平衡時溶液的pH=14，則該反應的平衡常數(shù)K為$\frac{4{y}^{3}}{（x-y）^{2}}$．

Answer 1

分析 （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)合氧化還原反應電子守恒和原子守恒書寫化學方程式，反應為氣體體積減小的反應，增大壓強提高反應速率，平衡正向進行，反應效率高；
（3）①As（s）+$\frac{3}{2}$H₂（g）+2O₂（g）=H₃AsO₄（s）△H₁
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂
③2As（s）+$\frac{5}{2}$O₂（g）=As₂O₅（s）△H₃
蓋斯定律計算得到反應As₂O₅（s）+3H₂O（l）=2H₃AsO₄（s）的△H；
（4）①達到平衡時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變；
②反應從正反應開始進行，t_m時反應繼續(xù)正向進行；
③物質(zhì)的濃度越大，反應速率越大；
④根據(jù)反應的離子方程式，計算平衡時各物種的濃度，可計算平衡常數(shù)．

解答 解：（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，反應的化學方程式為2As₂S₃+5O₂+6H₂O=4H₃AsO₄+6S，增大壓強，可增大反應速率，并使平衡正向移動，增大反應物的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：2As₂S₃+5O₂+6H₂O=4H₃AsO₄+6S；加壓反應速率增大，而且平衡右移，可提高生產(chǎn)效率；
（3）已知：①As（s）+$\frac{3}{2}$H₂（g）+2O₂（g）=H₃AsO₄（s）△H₁
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂
③2As（s）+$\frac{5}{2}$O₂（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）①a．溶液pH不變時，則c（OH^-）也保持不變，反應達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．同一個化學反應，速率之比等于化學計量數(shù)之比，無論是否達到平衡，都存在v（I^-）=2v（AsO₃^3-），故b錯誤；
c．c （AsO₄^3-）/c （AsO₃^3-）不再變化，可說明各物質(zhì)的濃度不再變化，反應達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．由圖可知，當c （AsO₄^3-）=y mol•L^-1時，濃度不再發(fā)生變化，則達到平衡狀態(tài)，由方程式可知此時c（I^-）=2y mol•L^-1，所以c（I^-）=y mol•L^-1時沒有達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：ac；
②反應從正反應開始進行，t_m時反應繼續(xù)正向進行，則v_正 大于 v_逆，故答案為：大于；
③t_m時比t_n時濃度更小，則逆反應速率更小，故答案為：小于；tm時AsO₄^3-濃度更小，反應速率更慢；
④反應前，三種溶液混合后，Na₃AsO₃的濃度為3xmol/L×$\frac{20}{20+20+20}$=xmol/L，同理I₂的濃度為xmol/L，反應達到平衡時，生產(chǎn)c（AsO₄^3-）為ymol/L，則反應生產(chǎn)的c（I^-）=2ymol/L，消耗的AsO₃^3-、I₂的濃度均為ymol/L，平衡時c（AsO₃^3-）=（x-y）mol/L，c（I₂）=（x-y）mol/L，溶液中c（OH^-）=1mol/L，則K=$\frac{y•（2y）2}{（x-y）•（x-y）×{1}^{2}}$=$\frac{4{y}^{3}}{（x-y）^{2}}$，
故答案為：$\frac{4{y}^{3}}{（x-y）^{2}}$．

點評 本題為2017年廣西考題，綜合考查熱化學方程式、化學平衡的計算以及影響因素等知識，側(cè)重考查學生的分析能力、計算能力，題中易錯點為（4），注意把握圖象的分析以及數(shù)據(jù)的處理，難度中等．