Question

9．氟及其化合物在生產生活中被廣泛使用，造福人類．
（1）LiPF₆是鋰離子電池中廣泛應用的電解質．某工廠用LiF、PCl₅為原料，低溫反應制備LiPF₆，其流程如圖1

已知：HCl的沸點是-85.0℃，HF的沸點是19.5℃．
①反應設備不能用玻璃材質的原因是SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O（用化學方程式表示）．無水HF有腐蝕性和毒性，工廠安全手冊提示：如果不小心將HF沾到皮膚上，可立即用2%的NaHCO₃溶液沖洗．
②該流程需在無水條件下進行，第③步反應中PF₅極易水解，其產物為兩種酸，寫出PF₅水解的化學方程式：PF₅+4H₂O=H₃PO₄+5HF．
③第④步分離采用的方法是過濾；第⑤步分離尾氣中HF、HCl采用的方法是冷凝．
（2）工業(yè)上制備氟氣通常采用電解氧化法，如圖2是電解熔融的氟氫化鉀（KHF₂）的實驗裝置：
①已知陰極的電極反應式為2HF₂^-+2e^-═H₂+4F^-，則電解的總反應為2KHF₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ H₂↑+F₂↑+2KF
②出口1處的物質是F₂（填化學式）．
（3）牙齒表面有一層釉質，其組成為羥基磷灰石Ca₅（PO₄）₃OH（K_sp=6.8×10^-21），容易受到酸的侵蝕，研究表明氟磷灰石Ca₅（PO₄）₃F（K_sp=1.0×10^-37）更能抵抗酸的腐蝕．請用平衡移動原理解釋為什么人們常使用含氟牙膏防治蛀牙牙齒表面的羥基磷灰石在水中存在平衡：Ca₅（PO₄）₃OH（s）?5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+OH^-（aq），容易因為酸使上述平衡向右移動而被腐蝕；當加入氟化物時發(fā)生反應生成溶解度更小的氟磷灰石：5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+F^- （aq）=Ca₅（PO₄）₃F（s），實現了羥基磷灰石轉化為更耐腐蝕的氟磷灰石，因次使用氟化物能防止蛀牙．

Answer 1

分析 （1）①玻璃的主要成分中含有二氧化硅，能和HF發(fā)生反應；HF屬于弱酸，必須用弱堿性溶液來除去；
②根據元素組成可知，兩種酸分別是H₃PO₄和HF；
③分離液體和不溶于液體固體采用過濾分離，HF分子間含有氫鍵，沸點大于HCl，可采用冷凝法分離；
（2）①陰極的電極反應式為2HF₂^-+2e^-═H+4F^-，陽極發(fā)生氧化反應，F^-失去電子生成F₂，整個過程生成H₂、F₂、KF；
②鋼電解應為陰極，碳為陽極，陽極生成氣體為氟氣；
（3）根據沉淀溶解平衡移動分析．

解答 解：（1）①玻璃的主要成分中含有二氧化硅，能和HF發(fā)生反應，化學方程式為SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；HF屬于弱酸，必須用弱堿性溶液來除去（比如2%的NaHCO₃溶液）；
故答案為：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；NaHCO₃；
②根據題目中的信息“PF5極易水解，其產物為兩種酸”，則根據元素組成可知，兩種酸分別是H3PO4和HF，所以反應的方程式為PF₅+4H₂O═H₃PO₄+5HF，
故答案為：PF₅+4H₂O═H₃PO₄+5HF；
③第④步分離的是固體（LiPF₄（s））和液體（HF（l）），所以采用過濾的方法；分離尾氣中HF、HCl，可以利用二者沸點的差異（HF分子之間存在氫鍵）進行分離，所以采用冷凝法，
故答案為：過濾；冷凝；
（2）①陰極的電極反應式為2HF₂^-+2e^-═H+4F^-，陽極發(fā)生氧化反應，F^-失去電子生成F₂，整個過程生成H₂、F₂、KF，電解總反應式為 2KHF₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+F₂↑+2KF，故答案為：2KHF₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+F₂↑+2KF；
②鋼電解應為陰極，碳為陽極，陽極生成氣體為氟氣，故出口1處的物質為F₂，
故答案為：F₂；
（3）牙齒表面有一層釉質，其組成為羥基磷灰石Ca₅（PO₄）₃OH（K_sp=6.8×10^-21），羥基磷灰石在水中存在平衡：Ca₅（PO₄）₃OH（s）?5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+OH^-（aq），因為酸使上述平衡向右移動而被腐蝕，當加入氟化物時發(fā)生反應生成溶解度更小的氟磷灰石：5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+F^- （aq）=Ca₅（PO₄）₃F（s），實現了羥基磷灰石轉化為更耐腐蝕的氟磷灰石，因次使用氟化物能防止蛀牙；
故答案為：牙齒表面的羥基磷灰石在水中存在平衡：Ca₅（PO₄）₃OH（s）?5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+OH^-（aq），因為酸使上述平衡向右移動而被腐蝕；當加入氟化物時發(fā)生反應生成溶解度更小的氟磷灰石：5Ca²⁺（aq）+3PO₄^3-（aq）+F^- （aq）=Ca₅（PO₄）₃F（s），實現了羥基磷灰石轉化為更耐腐蝕的氟磷灰石，因次使用氟化物能防止蛀牙．

點評 本題為無機化學流程題，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題．試題綜合性強，涉及流程分析、分離提純、方程式書寫、沉淀的轉化等知識，注意題干所給信息的使用，側重對學生實驗能力的培養(yǎng)和解題方法的指導，有助于培養(yǎng)學生規(guī)范、嚴謹的實驗設計和評價能力．