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【题目】磷酸是重要的化学试剂和工业原料。请回答下列问题:

(1)已知:25℃时,磷酸和氢氟酸的电离常数如下表所示。

物质

H3PO4

HF

电离常数

Ka17.1×103

Ka26.3×108

Ka34.2×1013

Ka6.6×104

NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液,反应的离子方程式为____________

(2)已知:

.CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l) ΔH-271kJ·mol1

.5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH-937kJ·mol1

则:①工业上用Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为____________

②一定条件下,在密闭容器中只发生反应Ⅱ,达到平衡后缩小容器容积,HF的平衡转化率________(增大”“减小不变,下同)HF的平衡浓度________

(3)工业上用磷尾矿制备Ca5(PO4)3F时生成的副产物CO可用于制备H2,原理为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH

①一定温度下,向10L密闭容器中充入0.5mol CO1mol H2O(g)2min达到平衡时,测得02min内用CO2表示的反应速率v(CO2)0.02mol·L1·min1。则CO的平衡转化率α________;该反应的平衡常数K________

②在压强不变的密闭容器中发生上述反应,设起始的yCO的平衡体积分数(φ)与温度(T)的关系如图所示。则:该反应的ΔH___0(”“,下同)a_____1,理由为_____________

【答案】H3PO4+FHF+H2PO4 Ca5(PO4)3F(s)5H2SO4(l)3H3PO4(l)HF(g)5CaSO4(s) ΔH=418 kJ·mol1 增大 不变 80% 相同温度下,y越小,CO的转化率越大,其平衡体积分数越小

【解析】

1)根据电离平衡常数可知酸性有如下关系:H3PO4HFH2PO4HPO42,所以向NaF溶液中滴加少量H3PO4溶液,反应的离子方程式为为:H3PO4+FHF+H2PO4

2)①已知:Ⅰ.CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ·mol1

Ⅱ.5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ·mol1

根据盖斯定律可知Ⅰ×5-Ⅱ即得到Ca5(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)3H3PO4(l)+HF(g)+5CaSO4(s) ΔH=-418 kJ·mol1

②反应Ⅱ的正反应体积减小,所以达到平衡后缩小容器容积平衡向正反应方向移动,HF的平衡转化率增大。由于温度不变,平衡常数不变,即Kc(HF),因此HF的平衡浓度不变;

3)①测得 02 min内用CO2表示的反应速率v(CO2)=0.02 mol·L1·min1,所以生成CO2浓度是0.04mol/L,则

因此CO的平衡转化率α=×100%=80%,该反应的平衡常数K=

②根据图像可知升高温度CO的体积分数增大,说明平衡向逆反应方向进行,所以该反应的ΔH0,由于相同温度下,y越小,CO的转化率越大,其平衡体积分数越小,所以a1

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