Question

14．（Ⅰ）磷是生物体中不可缺少的元素之一，在自然界中磷总是以磷酸盐的形式出现的，例如磷酸钙矿Ca₃（PO₄）₂、磷灰石Ca₅F（PO₄）₃等．
（1）磷的某种核素中，中子数比质子数多1，则表示该核素的原子符号为．
（2）磷酸钙与焦炭、石英砂混合，在电炉中加热到1500℃生成白磷，反应为：
2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂=6CaSiO₃+P₄O₁₀       10C+P₄O₁₀=P₄↑+10CO↑
上述反应中的各种物质，属于酸性氧化物的有SiO₂、P₄O₁₀．
（3）白磷有剧毒，不慎沾到皮肤上，可用CuSO₄溶液冲洗解毒．白磷可与热的CuSO₄溶液反应生成磷化亚铜，与冷溶液则析出铜，反应方程式分别（均未配平）为：
①P₄+CuSO₄+H₂O→Cu₃P+H₃PO₄+H₂SO₄
②P₄+CuSO₄+H₂O→Cu+H₃PO₄+H₂SO₄
反应①中，氧化剂为CuSO₄ 和P₄，若上述两反应中被氧化的P₄的物质的量相等，则消耗的CuSO₄的物质的量之比为1：1．
（Ⅱ）离子交换膜是一类具有离子交换功能的高分子材料．一容器被离子交换膜分成左右两部分，如右图所示．若该交换膜为阳离子交换膜（只允许阳离子自由通过），左边充满盐酸酸化的H₂O₂溶液，右边充满滴有KSCN溶液的FeCl₂溶液（足量），一段时间后右边可观察到的现象：溶液由浅绿色变红色，若该交换膜为阴离子交换膜（只允许阴离子自由通过），左边充满含2mol NH₄Al（SO₄）₂的溶液，右边充满含3mol Ba（OH）₂的溶液，当有2mol SO₄^2-通过交换膜时（若反应迅速完全），则左右两室沉淀的物质的量之比为2：3．
（Ⅲ）某初级石墨中含SiO₂（7.8%）、Al₂O₃（5.1%）、Fe₂O₃（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质，利用相关工艺可进行提纯与综合利用．通入一定量的N₂后，在1500℃下与Cl₂充分反应得到纯化石墨与气体混合物，然后降温至80℃，分别得到不同状态的两类物质a和b．（注：石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃．）
（1）若a与过量的NaOH溶液反应，可得两种盐，其中一种盐的水溶液具有粘合性，化学反应方程式为SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O．
（2）若b与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤，所得滤液中阴离子有Cl^-、OH^-、AlO₂^-．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）P元素的原子序数是15，中子数比质子数多1，中子数为16，根据核素的表示方法来书写；
（2）酸性氧化物是能和碱反应生成盐和水的化合物；
（3）化合价降低元素所在的反应物是氧化剂，根据电子守恒来计算消耗的CuSO₄的物质的量之比；
（Ⅱ）亚铁离子通过阳离子交换膜进入左边被盐酸酸化的H₂O₂氧化，铁离子通过阳离子交换膜进入右边与KSCN溶液接触，溶液变成血红色，当有2mol SO₄^2-通过交换膜时，根据电荷守恒则有4molOH^-进入左室，左室生成氢氧化铝$\frac{4}{3}$mol，右室生成2mol硫酸钡，则左右两室沉淀的物质的量之比为2：3；
（Ⅲ）根据题意，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃；
（1）a应该是SiCl₄，结合a与过量的NaOH溶液反应，可得两种盐，其中一种盐的水溶液具有粘合性（Na₂SiO₃）；
（2）b是AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的混合物，与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤，所得滤液中阴离子有Cl^-、OH^-、AlO₂^-；

解答 解：（Ⅰ）（1）在表示原子组成时元素符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，因为质子数和中子数之和是质量数，P元素的原子序数是15，中子数比质子数多1，所以质量数为15+15+1=31，所以表示该核素的原子符号为，
故答案为：；
（2）能和碱反应生成盐和水的氧化物是酸性氧化物，所以属于酸性氧化物的是SiO₂、P₄O₁₀，
故答案为：SiO₂、P₄O₁₀；
（3）反应①中，硫酸铜中铜的化合价从+2价降低到+1价，得到电子，被还原，发生还原反应，因此硫酸铜是氧化剂，另外P元素的化合价从0价部分降低到-3价，得到电子，白磷也是氧化剂，如果被氧化的白磷都是1mol，则反应中转移电子是20mol，所以根据电子的得失守恒可知，反应①中需要硫酸铜是20/6×3=10mol．而在反应②需要硫酸铜是20×$\frac{1}{2}$=10mol，所以消耗的CuSO₄的物质的量之比为1：1，
故答案为：CuSO₄ 和P₄；1：1；
（Ⅱ）离子交换膜是一类具有离子交换功能的高分子材料．一容器被离子交换膜分成左右两部分，如图所示．若该交换膜为阳离子交换膜（只允许阳离子自由通过），左边充满盐酸酸化的H₂O₂溶液，右边充满滴有KSCN溶液的FeCl₂溶液（足量），亚铁离子通过阳离子交换膜进入左边被盐酸酸化的H₂O₂氧化，铁离子通过阳离子交换膜进入右边与KSCN溶液接触，溶液变成血红色，离子方程式为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2H₂O+2Fe³⁺，若该交换膜为阴离子交换膜（只允许阴离子自由通过），左边充满含2mol NH₄Al（SO₄）₂的溶液，右边充满含3mol Ba（OH）₂的溶液，当有2mol SO₄^2-通过交换膜时（若反应迅速完全），当有2mol SO₄^2-通过交换膜时，根据电荷守恒则有4molOH^-进入左室，左室生成氢氧化铝$\frac{4}{3}$mol，右室生成2mol硫酸钡，则左右两室沉淀的物质的量之比为2：3；
故答案为：溶液由浅绿色变红色；2：3；
（Ⅲ）根据题意，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，SiCl₄的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃；
（1）a应该是SiCl₄，结合a与过量的NaOH溶液反应，可得两种盐，其中一种盐的水溶液具有粘合性（Na₂SiO₃）得：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
故答案为：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（2）b是AlCl₃、FeCl₃、MgCl₂的混合物，与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤，所得滤液中阴离子有Cl^-、OH^-、AlO₂^-；
故答案为：Cl^-、OH^-、AlO₂^-．

点评 本题考查学生核素和氧化还原反应中的基本概念知识、铝、铁、镁及化合物的性质，掌握题干信息和物质性质、注意电子守恒在氧化还原反应中的应用以及理解离子交换膜的作用是关键，题目难度中等．