Question

【題目】砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有著廣泛的用途。回答下列問題：

（1）畫出砷的原子結(jié)構示意圖____________；

（2）工業(yè)上常將含砷廢渣（主要成分為As2S3）制成漿狀，通入O2氧化，生成H3AsO4和單質(zhì)硫。寫出發(fā)生反應的化學方程式_______________________________________；

（3）已知：As(s)+H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1

H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH2

2As(s)+O2(g) =As2O5(s) ΔH3

則反應As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =__________________；

（4）298 K時，將20 mL 3x mol·L1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L1 I2和20 mL NaOH溶液混合，發(fā)生反應：(aq)+I2(aq)+2OH(aq)(aq)+2I(aq)+ H2O(l)。溶液中c()與反應時間（t）的關系如圖所示。

①下列不可判斷反應達到平衡的是__________（填標號）；

a．溶液的pH不再變化 b．v(I)=2v()

c．c()/c()不再變化 d．c(I)=y mol·L1

②tm時，v逆_____ v正（填“大于”“小于”或“等于”）；

③tn時v逆_____ tm時v逆（填“大于”“小于”或“等于”）；

④若平衡時溶液的pH=14，則該反應的平衡常數(shù)K為___________；

（5）H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物種的分布分數(shù)(平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數(shù))與pH的關系分別如圖- 1和圖- 2所示：

①以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.0 ~ 10.0)，將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，當溶液由無色變?yōu)闇\紅色時停止滴加。該過程中主要反應的離子方程式為____________；

②H3AsO4第一步電離方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的電離常數(shù)為Ka1,則pKa1=_________(p Ka1 = -lg Ka1 )；

Answer 1

【答案】 2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S 2△H1-3△H2-△H3 bd 小于 大于 OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O 2.2

【解析】分析：（1）根據(jù)As的核外電子排布畫出砷的原子結(jié)構示意圖；

（2）根據(jù)電子得失守恒和原子守恒書寫方程式；

（3）根據(jù)蓋斯定律計算；

（4）①根據(jù)平衡狀態(tài)的特征判斷；

②根據(jù)tm時反應沒有達到平衡狀態(tài)，向正反應方向進行判斷；

③根據(jù)濃度對反應速率的影響分析；

④根據(jù)平衡時離子的濃度結(jié)合平衡常數(shù)表達式計算；

（5）①根據(jù)圖像結(jié)合溶液顏色變化判斷產(chǎn)物；

②根據(jù)平衡常數(shù)表達式結(jié)合圖中等濃度點計算。

詳解：（1）砷為33號元素，原子結(jié)構示意圖為；

（2）根據(jù)題干信息可知As2S3+O2→H3AsO4+S，As2S3化合價總共升高10價，利用得失電子守恒配平得：2As2S3+5O2→4H3AsO4+6S，再考慮質(zhì)量守恒，反應前少了6O、12H，故方程式為2As2S3+5O2+6H2O＝4H3AsO4+6S；

（3）已知：

①As(s)+H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1

②H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH2

③2As(s)+O2(g) =As2O5(s) ΔH3

根據(jù)蓋斯定律可知①×1-②×3-③即得到反應As2O5(s)+3H2O(l)＝2H3AsO4(s)的ΔH＝2△H1-3△H2-△H3；

（4）①a、溶液pH不變時，則c(OH—)也保持不變，能判斷反應處于平衡狀態(tài)，a錯誤；b、根據(jù)速率關系v(I—)=2v(AsO33—)，則等式始終成立，不能判斷反應處于平衡狀態(tài)，b正確；c、由于提供的Na3AsO3總量一定，所以c(AsO43—)/c(AsO33—)不再變化，能判斷反應處于平衡狀態(tài)，c錯誤；d、c(I-)=y mol/L時，即c(AsO43)=c(I-)，事實兩者濃度關系一定是2c(AsO43)=c(I-)，不能判斷反應平衡狀態(tài)，d正確，答案選bd；

②反應從正反應開始進行，tm時反應繼續(xù)向正反應方向進行，故v逆小于v正；

③tm時比tn時，AsO43—濃度更小，所以逆反應速率也更小，tn時v逆大于tm時v逆；

④反應前，三種溶液混合后，Na3AsO3濃度為，同理I2的濃度為xmol/L，反應達到平衡時，生成c(AsO43—)為ymol/L，則反應生成c(I—)為2ymol/L，消耗AsO33—、I2濃度均為ymol/L，平衡時c(AsO33—)為(x-y)mol/L、c(I2)為(x-y)mol/L，pH=14，即c(OH—)=1mol/L，則；

（5）①從題圖-1可知pH由小變大時，H3AsO3濃度減小，H2AsO3—濃度增大，當溶液由無色變?yōu)闇\紅色時，主要的離子反應應該為：OH-+H3AsO3＝H2AsO3-+H2O；

②H3AsO4的第一步電離方程式為H3AsO4H2AsO4-+H+，其電離常數(shù)Ka1＝，由題圖-2可知c(H3AsO4)＝c(H2AsO4-)，c(H+)=10-2.2mol/L，pKa1＝-lgKa1＝-lg10-2.2＝2.2。