Question

1．由磷灰石[Ca₃（PO₄）₂]、SiO₂、焦炭為原料可生產(chǎn)白磷、磷酸、甲醇、硅膠等多種物質(zhì)．圖1工藝流程的設(shè)計具有原料利用率高，廢棄物少等特點．

（1）碳、硅、鍺、鉛為同族元素，鍺原子的核外電子排布共四個層；上述反應(yīng)中屬于置換反應(yīng)的是①③；
（2）磷灰石[Ca₃（PO₄）₂]、SiO₂、焦炭高溫下作用制備白磷，其氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量比為1：5；
白磷溶于氯水作用后，將所得產(chǎn)物蒸餾可得鹽酸和磷酸，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式P₄+16H₂O+10Cl₂=4H₃PO₄+20HCl；
（3）反應(yīng)③需要在隔絕氧氣和無水條件下進(jìn)行，其理由是高溫下氫氣與空氣中的氧氣會發(fā)生爆炸；
（4）磷的重要化合物NaH₂PO₄、Na₂HPO₄和Na₃PO₄可通過H₃PO₄與NaOH溶液反應(yīng)獲得，含磷各物種的分布分?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)系如圖2所示．pH=8，溶液中含磷陰離子的濃度大小關(guān)系為c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）．由等濃度NaH₂PO₄、Na₂HPO₄組成的混和溶液有抗少量強(qiáng)酸或少量強(qiáng)堿的緩沖性（常稱為緩沖溶液）（即加入少量酸堿溶液，其pH無明顯升降）寫出該混合溶液滴加少量NaOH溶液時主要抗堿反應(yīng)的離子方程式H₂PO₄^-+OH^-=HPO₄^2-+H₂O；
（5）甲醇和空氣的堿性燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高，1mol甲醇完全燃燒，堿液吸收后放出質(zhì)量akJ，若燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率為80%，則該甲醇燃料電池的能量密度為（單位千克質(zhì)量燃料轉(zhuǎn)化為電能時放出能量）25a（kJ/kg）

Answer 1

分析 （1）周期序數(shù)等于電子層數(shù)；置換反應(yīng)是單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)與另一種化合物；
（2）磷灰石[Ca₃（PO₄）₂]、SiO₂、焦炭高溫下作用制備白磷，反應(yīng)方程式為：2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂+10C═6CaSiO₃+P₄+10CO，由根據(jù)化合價的變化來分析判斷；白磷溶于氯水作用后，將所得產(chǎn)物蒸餾可得鹽酸和磷酸，反應(yīng)方程式為：P₄+16H₂O+10Cl₂=4H₃PO₄+20HCl；
（3）高溫下氫氣與空氣中的氧氣會發(fā)生爆炸；
（4）溶液中主要含磷物種濃度大小關(guān)系可由圖表得出；當(dāng)外來少量H+時：HPO₄^-與H⁺反應(yīng)，消耗H+：HPO₄^-+H⁺=H₂PO₄^-，當(dāng)外來少量OH^-時，H₂PO₄^-與OH^-反應(yīng)，消耗OH^-：H₂PO₄^-+OH^-=HPO₄^2-+H₂O；
（5）1mol甲醇完全燃燒，堿液吸收后放出質(zhì)量akJ，所以2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O放出熱量為：0.8a，則甲醇燃料電池的能量密度為$\frac{0.8a}{32×1{0}^{-3}}$=25a．

解答 解：（1）周期序數(shù)等于電子層數(shù)，鍺位于第四周期，所以核外電子排布有四個電子層；二氧化硅與焦炭反應(yīng)生成硅與一氧化碳和粗硅與氯化氫反應(yīng)都是置換反應(yīng)，故答案為：四個；①③；
（2）磷灰石[Ca₃（PO₄）₂]、SiO₂、焦炭高溫下作用制備白磷，反應(yīng)方程式為：2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂+10C═6CaSiO₃+P₄+10CO，反應(yīng)過程中焦炭中碳元素的化合價升高，作還原劑，磷酸鈣中的磷元素化合價降低作氧化劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為：2：10，所以其氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量比為1：5；白磷溶于氯水作用后，將所得產(chǎn)物蒸餾可得鹽酸和磷酸，反應(yīng)方程式為：P₄+16H₂O+10Cl₂=4H₃PO₄+20HCl；
故答案為：1：5；P₄+16H₂O+10Cl₂=4H₃PO₄+20HCl；
（3）高溫下氫氣與空氣中的氧氣會發(fā)生爆炸，所以要隔絕空氣，故答案為：高溫下氫氣與空氣中的氧氣會發(fā)生爆炸；
（4）溶液中主要含磷物種濃：度大小關(guān)系可由圖表得出 c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）；當(dāng)外來少量H+時：HPO₄^-與H⁺反應(yīng)，消耗H+：HPO₄^-+H⁺=H₂PO₄^-，當(dāng)外來少量OH^-時，H₂PO₄^-與OH^-反應(yīng)，消耗OH^-：H₂PO₄^-+OH^-=HPO₄^2-+H₂O；故答案為：c（HPO₄^2-）＞c（H₂PO₄^-）；H₂PO₄^-+OH^-=HPO₄^2-+H₂O；
（5）1mol甲醇完全燃燒，堿液吸收后放出質(zhì)量akJ，所以2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O放出熱量為：0.8a，則甲醇燃料電池的能量密度為$\frac{0.8a}{32×1{0}^{-3}}$=25akJ/kg，故答案為：25a．

點評 本題考查元素化合物之間的轉(zhuǎn)化結(jié)合元素周期律和化學(xué)反應(yīng)的類型以及化學(xué)反應(yīng)原理的考查，綜合性強(qiáng)，有一定的難度．