Question

15．在化工生產(chǎn)和科學(xué)研究中各種酸具有重要的用途．
（1）磷酸是一種三元中強酸，在溶液中各種含P粒子的百分數(shù)（δ）與溶液的pH關(guān)系如圖：則磷酸的第二級電離平衡常數(shù)約為10^-7；Na₂HPO₄溶液的pH約為10，說明HPO₄^-水解程度大于電離程度（用其電離與水解程度來解釋），Na₂HPO₄溶液的物料守恒式為c（Na⁺）=2[c（H₃PO₄）+c（H₂PO₄^-）+c（HPO₄^2-）+c（PO₄^3-）]．
（2）乙酸（用HA_C來表示）是一種重要的化工原料也可作溶劑．HClO₄、HCl、HNO₃、H₂SO₄在無水乙酸中都是弱酸，存在如下電離平衡（電離常數(shù)均為常溫下的數(shù)值）：
HClO₄+HA_C═H₂A_C⁺+ClO₄^-K═1.6×10^-5
HCl+HA_C═H₂A_C⁺+Cl^-K═1.6×10^-9
HNO₃+HA_C═H₂A_C⁺+NO₃^-K═4.2×10^-10
H₂SO₄+HA_C═H₂A_C⁺+HSO₄^-K═6.3×10^-9
①H₂A_C⁺的名稱為乙酸合氫離子；用乙酸作溶劑時，HClO₄、HCl、HNO₃、H₂SO₄的酸性由強到弱的排序為HClO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃；在0.01mol/L HNO₃的乙酸溶液中，c（NO₃^-）=2×10^-6（計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字）．
②已知如表酸在水中的電離常數(shù)（25℃）

酸	HCN	HAc	HF	H2SO3
Ka	4.9×10-10	1.75×10-5	3.5×10-4	K1=1.5×10-2

則在相同條件下0.1mol/L HClO₄的乙酸溶液與0.1 mol/L HAc水溶液導(dǎo)電能力最接近．
（3）混酸（濃硫酸和濃硝酸的混合物）是常用的硝化試劑，其中含有硝化反應(yīng)的中間體NO₂⁺，其反應(yīng)是：2H₂SO₄+HNO₃═[NO₂]⁺[HSO₄]^-+[H₃O⁺][HSO₄]^-．根據(jù)中和反應(yīng)的原理判斷此反應(yīng)中HNO₃作為堿；NO₂⁺與CO₂或N₂O或N₃^-或^-OCN（填化學(xué)式）的原子數(shù)和電子數(shù)相同、結(jié)構(gòu)相似；H₃O⁺的空間構(gòu)型為三角錐形．

Answer 1

分析 （1）圖象可以看出，當pH=7時，磷酸氫跟離子和磷酸二氫根離子濃度相等，根據(jù)Ka（H₂PO₄^-）=$\frac{c（{H}^{+}）•c（HP{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}P{{O}_{4}}^{-}）}$計算；根據(jù)圖象分析可知，pH=10時，溶液中只有HPO₄^2-；Na₂HPO₄溶液中鈉離子的物質(zhì)的量是P元素物質(zhì)的量的2倍；
（2）①H₂A_C⁺的名稱為乙酸合氫離子；電離常數(shù)越大，酸性越強；根據(jù)K=$\frac{c（{H}_{2}A{C}^{+}）•c（N{{O}_{3}}^{-}）}{c（HN{O}_{3}）}$計算；
②酸的電離常數(shù)相近，溶液中離子濃度相近，溶液的導(dǎo)電性相似；
（3）反應(yīng)中硝酸轉(zhuǎn)化為陽離子，則硝酸作堿；等電子體的原子數(shù)和電子數(shù)相同、結(jié)構(gòu)相似；根據(jù)價層電子對數(shù)判斷．

解答 解：（1）由圖象可以看出，當pH=7時，磷酸氫根離子和磷酸二氫根離子濃度相等，則Ka（H₂PO₄^-）=$\frac{c（{H}^{+}）•c（HP{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}P{{O}_{4}}^{-}）}$=10^-7；根據(jù)圖象分析可知，pH=10時，溶液中只有HPO₄^2-，則Na₂HPO₄溶液的pH約為10，Na₂HPO₄在溶液中既水解又電離，其水解程度大于大于電離程度，所以溶液顯堿性；Na₂HPO₄溶液中鈉元素的物質(zhì)的量是P元素物質(zhì)的量的2倍，所以溶液中的物料守恒為：c（Na⁺）=2[c（H₃PO₄）+c（H₂PO₄^-）+c（HPO₄^2-）+c（PO₄^3-）]；
故答案為：10^-7；10；水解程度大于電離程度；c（Na⁺）=2[c（H₃PO₄）+c（H₂PO₄^-）+c（HPO₄^2-）+c（PO₄^3-）]；
（2）①H₂A_C⁺為H⁺與HAc結(jié)合形成的離子，其名稱為乙酸合氫離子；電離常數(shù)越大，酸性越強，由題中所給出的電離常數(shù)可知，酸性由強到弱的排序為HClO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃；在0.01mol/L HNO₃的乙酸溶液中，設(shè)c（NO₃^-）為xmol/L，則K=$\frac{c（{H}_{2}A{C}^{+}）•c（N{{O}_{3}}^{-}）}{c（HN{O}_{3}）}$=$\frac{{x}^{2}}{0.01}$=4.2×10^-10，解得x≈2×10^-6mol/L；
故答案為：乙酸合氫離子；HClO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃；2×10^-6；
②酸的電離常數(shù)相近，溶液中離子濃度相近，溶液的導(dǎo)電性相似，已知在相同條件下0.1mol/L HClO₄的乙酸溶液中K═1.6×10^-5，水溶液中0.1 mol/L HAc的K=1.75×10^-5，二者的電離常數(shù)相近，則溶液的導(dǎo)電性相似；
故答案為：0.1 mol/L HAc；
（3）2H₂SO₄+HNO₃═[NO₂]⁺[HSO₄]^-+[H₃O⁺][HSO₄]^-反應(yīng)中硝酸轉(zhuǎn)化為陽離子，所以硫酸作酸，硝酸作堿；等電子體的原子數(shù)和電子數(shù)相同、結(jié)構(gòu)相似，NO₂⁺與 CO₂或N₂O或N₃^-或^-OCN互為等電子體；H₃O⁺的中心原子O的價層電子對數(shù)為4，而且含有1個孤電子對，則其空間構(gòu)型為三角錐形；
故答案為：堿；CO₂或N₂O或N₃^-或^-OCN；三角錐形．

點評 本題考查了弱電解質(zhì)的電離、電離平衡常數(shù)、價層電子對互斥理論等，題目涉及的知識點較多，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等，注意把握電離常數(shù)的計算及應(yīng)用．