Question

17．氟是自然界中廣泛分布的元素之一．由于氟的特殊化學(xué)性質(zhì)，它和其他鹵素在單質(zhì)及化合物的制備與性質(zhì)上存在較明顯的差異．
（1）化學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，SbF₅能將MnF₄從離子[MnF₆]^2-的鹽中反應(yīng)得到，SbF₅轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF₆]^-的鹽．
而MnF₄很不穩(wěn)定，受熱易分解為MnF₃和F₂．根據(jù)以上研究寫出以K₂MnF₆和SbF₅為原料，在 423K的溫度下制備F₂的化學(xué)方程式2K₂MnF₆+4SbF₅ $\frac{\underline{\;423K\;}}{\;}$4KSbF₆+2MnF₃+F₂↑．
（2）現(xiàn)代工業(yè)以電解熔融的氟氫化鉀（KHF₂）和氟化氫（HF）混合物制備氟單質(zhì)，電解制氟裝置如圖所示．
①已知KHF₂是一種酸式鹽，寫出陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-．
②電解制氟時，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴格分開的原因是氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應(yīng)，引發(fā)爆炸．
（3）HF的水溶液是氫氟酸，能用于蝕刻玻璃，其化學(xué)反應(yīng)方程式為SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O．
（4）已知25℃時，氫氟酸（HF）的電離平衡常數(shù)K_a=3.6×10^-4．某pH=2的氫氟酸溶液，由水電離出的
c（H⁺）=10^-12mol/L；若將0.01mol/L HF溶液與pH=12的NaOH溶液等體積混合，則溶液中離子濃度大小關(guān)系為c（Na⁺）＞c（F^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（5）又已知25℃時，溶度積常數(shù)K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10．現(xiàn)向1L 0.2mol/L HF溶液中加入 1L 0.2mol/L
CaCl₂ 溶液，是（填是、否）有沉淀產(chǎn)生，并通過列式計算說明c（H⁺）=c（F^-）=$\sqrt{3.6×1{0}^{-4}×0.1}$mol•L^-1=6×10^-3mol•L^-1，c（Ca²⁺）=0.1mol•L^-1，c²（F^-）•c（Ca²⁺）=3.6×10^-5×0.1=3.6×10^-6＞1.46×10^-10，該體系有CaF₂沉淀．

Answer 1

分析 （1）SbF₅能將MnF₄從離子[MnF₆]^2-的鹽中反應(yīng)得到，SbF₅轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF₆]^-的鹽，MnF₄很不穩(wěn)定，受熱易分解為MnF₃和F₂，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；
（2）①放氫氣的電極為陰極，是KHF₂得到電子生成，計劃單號守恒書寫；
②氟單質(zhì)是活潑非金屬單質(zhì)和氫氣陰暗處發(fā)生爆炸；
（3）HF的水溶液是氫氟酸，能用于蝕刻玻璃是玻璃中二氧化硅和氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水；
（4）水的離子積常數(shù)為10^-14，計算得到氫氧根離子濃度為水電離出氫離子濃度；若將0.01mol/L HF溶液與pH=12的NaOH溶液等體積混合，得到NaF溶液，氟離子水解溶液顯堿性；
（5）Qc＞Ksp，說明有沉淀產(chǎn)生．

解答 解：（1）化學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，SbF₅能將MnF₄從離子[MnF₆]^2-的鹽中反應(yīng)得到，SbF₅轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF₆]^-的鹽，而MnF₄很不穩(wěn)定，受熱易分解為MnF₃和F₂．根據(jù)以上研究以K₂MnF₆和SbF₅為原料，在 423K的溫度下制備F₂的化學(xué)方程式為：2K₂MnF₆+4SbF₅ $\frac{\underline{\;423K\;}}{\;}$4KSbF₆+2MnF₃+F₂↑，
故答案為：2K₂MnF₆+4SbF₅ $\frac{\underline{\;423K\;}}{\;}$4KSbF₆+2MnF₃+F₂↑；
（2）①電解熔融的氟氫化鉀（KHF₂）和氟化氫（HF）混合物制備氟單質(zhì)，氟離子在陽極失電子生成，陰極上KHF₂得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)為：2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-，
故答案為：2HF₂^-+2e^-═H₂↑+4F^-；
  ②電解制氟時，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴格分開的原因是：氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應(yīng)，引發(fā)爆炸，
故答案為：氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應(yīng)，引發(fā)爆炸；
（3）HF的水溶液是氫氟酸，能用于蝕刻玻璃是玻璃中二氧化硅和氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O，
故答案為：SiO₂+4HF═SiF₄↑+2H₂O；
（4）已知25℃時，氫氟酸（HF）的電離平衡常數(shù)K_a=3.6×10^-4．某pH=2的氫氟酸溶液，由水電離出的氫離子濃度=水電離出的氫氧根離子濃度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2}}$=10^-12mol/L，
若將0.01mol/L HF溶液與pH=12的NaOH溶液等體積混合生成NaF溶液，氟離子水解溶液顯堿性，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（F^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：10^-12；  c（Na⁺）＞c（F^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）兩溶液混合后，c（Ca²⁺）=0.1 mol•L^-1，c（F^-）=c（H⁺）=$\sqrt{Ka×c（HF）}$=$\sqrt{3.6×1{0}^{-4}×0.1}$mol•L^-1=6×10^-3ol/L，
則Qc=c²（F^-）•c（Ca²⁺）=（3.6×10^-5mol/L）•0.1 mol•L^-1=3.6×10^-6＞Ksp，說明有沉淀產(chǎn)生，
故答案為：是；  c（H⁺）=c（F^-）=$\sqrt{3.6×1{0}^{-4}×0.1}$mol•L^-1=6×10^-3mol•L^-1，c（Ca²⁺）=0.1mol•L^-1，c²（F^-）•c（Ca²⁺）=3.6×10^-5×0.1=3.6×10^-6＞1.46×10^-10，該體系有CaF₂沉淀．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)、電極原理、電極反應(yīng)書寫、電離平衡常數(shù)計算應(yīng)用、溶度積常數(shù)的計算和判斷，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．