Question

11．PCl₃和PCl₅是磷的常見氯化物，在科學研究和生產(chǎn)生活中有重要的作用．
（1）PCl₃可以被O₂氧化生成一種無色透明的帶刺激性臭味的液體X，相對分子質(zhì)量為153.5，其中氯元素的質(zhì)量分數(shù)為0.694，計算確定X的化學式為POCl₃．
X在高溫（＞600℃）下能繼續(xù)與O₂發(fā)生反應，形成P₄O₁₀（固態(tài)）和Cl₂．將3.07g X與448mLO₂（已折算至標準狀況，下同）在高溫下充分反應后，氣體的體積將變?yōu)?84mL．
（2）PCl₃和PCl₅都可通過磷和氯氣化合得到．現(xiàn)有2.480g白磷P₄，與一定量的氯氣恰好完全反應，產(chǎn)物的總質(zhì)量為14.550g，計算產(chǎn)物中PCl₃的質(zhì)量分數(shù)58.0.2835（保留4位有效數(shù)字）．
（3）已知：PCl₃和PCl₅能發(fā)生如下水解反應：PCl₃+3H₂O→H₃PO₃+3HCl；PCl₅+4H₂O→H₃PO₄+5HCl
 現(xiàn)將一定量的PCl₃和PCl₅混合物溶于足量水中，在加熱條件下緩緩通入0.020mol O₂，恰好將H₃PO₃氧化為H₃PO₄，往反應后的溶液中加入15.725g Ca（OH）₂，充分反應后磷元素全部轉化為Ca₃（PO₄）₂沉淀，過濾后得到2.5L濾液，測得pH為12．計算：
①Ca₃（PO₄）₂（已知式量310）沉淀的質(zhì)量；
②濾液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度．
（4）當水量不足時，PCl₃會有限水解形成多聚體結構，如形成二聚體P₂OCl₄：

已知：在有限水解時，每兩個磷原子之間最多只能形成一根P-O-P鍵．
現(xiàn)有120mol PCl₃，發(fā)生有限水解反應，生成二聚體（P₂OCl₄）和三聚體，同時生成160mol HCl．測得產(chǎn)物中二聚體物質(zhì)的量分數(shù)為0.50．試推算產(chǎn)物中二聚體與三聚體的物質(zhì)的量之比．

Answer 1

分析 （1）相對分子質(zhì)量為153.5，其中氯元素的質(zhì)量分數(shù)為0.694，計算所含氯原子的數(shù)目，結合磷的化合價被氧化為最高正價+5價分析和氧原子、氯原子結合形成的化合物的化學式；根據(jù)POCl₃和氧氣在高溫下發(fā)生化學反應的方程式進行計算；
（2）根據(jù)元素守恒結合質(zhì)量關系進行計算即可；
（3）根據(jù)得失電子守恒和元素守恒、公式c=$\frac{n}{V}$進行計算；
（4）形成1mol二聚體生成2molHCl，形成1mol三聚體生成4molHCl，二聚體與三聚體物質(zhì)的量相同，據(jù)此計算．

解答 解：（1）PCl₃可以被O₂氧化生成一種無色透明的帶刺激性臭味的液體X，相對分子質(zhì)量為153.5，其中氯元素的質(zhì)量分數(shù)為0.694，設含氯原子為x，則$\frac{35.5x}{153.5}$=0.694，x=3，PCl₃可以被O₂氧化，磷元素化合價升高為+5價，依據(jù)原子結合形成的化學鍵分析，除結合三個氯原子外，只能結合一個氧原子，依據(jù)元素化合價代數(shù)和為0寫出化學式POCl₃，符合相對分子質(zhì)量．POCl₃在高溫與O₂發(fā)生反應，形成P₄O₁₀（固態(tài)）和Cl₂的方程式為：4POCl₃+3O₂=P₄O₁₀+6Cl₂，將3.07g即0.02molX與448mL即0.02mol O₂（已折算至標準狀況，下同）在高溫下充分反應后，POCl₃全部反應，氧氣有剩余，生成氯氣的量按照POCl₃進行計算，其物質(zhì)的量是0.03mol，消耗氧氣是0.025mol，剩余氧氣是0.005mol，氣體的體積將從0.02mol448mL變?yōu)?.005mol+0.03mol=0.035mol，體積是0.035mol×22.4L/mol=0.784L=784mL，
故答案為：POCl₃；784；
（2）白磷在氯氣中燃燒，設得到PCl₃和PCl₅的物質(zhì)的量分別是x、y，則x+y=$\frac{2.48g}{31g/mol×4}$×4=0.08mol，137.5x+208.5y=14.550，解得x=0.03mol，y=0.05mol，則三氯化磷的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.03mol×137.5}{14.55}$×100%=28.35%=0.2835，故答案為：0.2835；
（3）①n[Ca（OH）₂]=$\frac{15.725g}{74g/mol}$=0.2125 mol，P元素失電子，氧元素得電子，設氯化磷的物質(zhì)的量是z，由得失電子守恒知：0.020mol×2（2-0）=z（5-3），解得z=n（PCl₃）=0.04 mol，反應后溶液呈堿性，所以過量n[Ca（OH）₂]=0.0125mol，反應掉0.2mol，0.04 mol PCl₃和水反應會生成0.04 molH₃PO₄，0.12 molHCl，需Ca（OH）₂ 0.12mol．設PCl₅xmol，生成x mol H₃PO₄，5x mol HCl，需4x mol Ca（OH）₂，所以4x=0.2-0.12，x=0.02．所以Ca₃（PO₄）₂為0.03mol，質(zhì)量為9.300g，答：Ca₃（PO₄）₂（已知式量310）沉淀的質(zhì)量是9.300g；
②過量n[Ca（OH）₂]=0.0125mol，c[Ca（OH）₂]=$\frac{0.125mol}{2.5L}$=0.005 mol/L，c[CaCl₂]=0.044 mol/L．
答：c[Ca（OH）₂]=0.005 mol/L（1分）；c[CaCl₂]=0.044 mol/L．
（4）形成1mol二聚體生成2molHCl，形成1mol三聚體生成4molHCl；又因為二聚體與三聚體物質(zhì)的量相同，則120molPCl₃形成24mol二聚體和24mol三聚體，但由此形成的HCl應為2×24+4×24=144mol＜160mol，故三聚體應包括環(huán)狀結構，產(chǎn)物中n（P₂OCl₄^?）：n（P₃O₂Cl₅）：n（P₃O₃Cl₃）=3：2：1，故答案為：n（P₂OCl₄^?）：n（P₃O₂Cl₅）：n（P₃O₃Cl₃）=3：2：1．

點評 本題考查學生根據(jù)化學方程式的計算知識，注意守恒思想的應用是關鍵，難度較大．