Question

3．氟及其化合物的發現史充滿艱辛，現在氟及其化合物在生產生活中被廣泛使用，造福人類．
（1）氟單質極其活潑，化學家于1986年首次制得氟氣，三步反應原理如下：
①2KMnO₄+3H₂O₂+2KF+10HF=2K₂MnF₆+2O₂↑+8H₂O  
②SbCl₅+5HF═SbF₅+5HCl
③2K₂MnF₆+4SbF₅═4KSbF₆+2MnF₃+F₂  （反應①、②里氟元素化合價不變）
則下列說法正確的是CD
A．反應①配平后，氧化劑和還原劑的物質的量之比為3：2，
B．反應②③都是氧化還原反應
C．反應③中K₂MnF₆一定是氧化劑可能還起到還原劑的作用
D．生成0.5mol的F₂整個反應過程中轉移的電子總數是4N_A個
（2）牙齒表面有一層釉質，其組成為羥基磷灰石Ca₅（PO₄）₃OH（Ksp=6.8×10^-37），容易受到酸的侵蝕，為了防止蛀牙，人們常使用含氟離子的牙膏，其中的氟化物可使羥基磷灰石轉化為更難溶的氟磷灰石Ca₅（PO₄）₃F（Ksp=1.0×10^-60），寫出該反應的離子方程式Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；該反應的平衡常數為6.8×10²³．

Answer 1

分析 （1）Mn元素化合價由KMnO₄中+7價降低為K₂MnF₆中+4價，化合價共降低3價，H₂O₂中氧元素由-1價升高為O₂中0價，化合價共升高2價，化合價升降最小公倍數為6，可知KMnO₄、K₂MnF₆系數為2，H₂O₂、O₂的系數為3，由原子守恒，配平后方程式為：2KMnO₄+3H₂O₂+2KF+10HF=2K₂MnF₆+3O₂↑+8H₂O；
A．反應①中氧化劑是KMnO₄，還原劑是H₂O₂；
B．反應②中元素化合價均為發生變化；
C．反應③中K₂MnF₆中Mn元素化合價降低為MnF₃中+3價，反應中F元素化合價由-1升高為0價；
D．反應①③屬于氧化還原反應，反應②是非氧化還原反應，反應③中根據F元素化合價變化計算轉移電子數，根據方程式計算需要K₂MnF₆的物質的量，再根據反應①中Mn元素化合價變化計算①中轉移電子；
（2）由題意可知，反應離子方程式為：Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；該反應的平衡常數為=$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{F}^{-}）}$=$\frac{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}OH]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}$．

解答 解：（1）Mn元素化合價由KMnO₄中+7價降低為K₂MnF₆中+4價，化合價共降低3價，H₂O₂中氧元素由-1價升高為O₂中0價，化合價共升高2價，化合價升降最小公倍數為6，可知KMnO₄、K₂MnF₆系數為2，H₂O₂、O₂的系數為3，由原子守恒，配平后方程式為：2KMnO₄+3H₂O₂+2KF+10HF=2K₂MnF₆+3O₂↑+8H₂O；
A．反應①中氧化劑是KMnO₄，還原劑是H₂O₂，氧化劑和還原劑的物質的量之比為2：3，故A錯誤；
B．反應②中元素化合價均為發生變化，屬于非氧化還原反應，故B錯誤；
C．反應③中K₂MnF₆中Mn元素化合價降低為MnF₃中+3價，反應中F元素化合價由-1升高為0價，化合價變化的F元素可能來自K₂MnF₆中，故C正確；
D．反應①③屬于氧化還原反應，反應②是非氧化還原反應，反應③中轉移電子為0.5mol×2×1=1mol，由方程式可知需要K₂MnF₆的物質的量為0.5mol×2=1mol，由反應①中Mn元素化合價變化，可知反應①中轉移電子為1mol×3=3mol，故整個過程轉移電子為4N_A，故D正確，
故答案為：2、3、2、10、2、2、8；CD；
（2）由題意可知，反應離子方程式為：Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；該反應的平衡常數為=$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{F}^{-}）}$=$\frac{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}OH]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}{\frac{Ksp[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]}{c\{[C{a}_{5}（P{O}_{4}）_{3}]^{-}\}}}$=$\frac{6.8×1{0}^{-37}}{1×1{0}^{-60}}$=6.8×10²³，
故答案為：Ca₅（PO₄）₃OH+F^-=Ca₅（PO₄）₃F+OH^-；6.8×10²³．

點評 本題考查氧化還原反應基本概念、計算與配平以及溶度積有關計算等，題目素材基本脫離中學內容，較好的考查學生閱讀獲取信息能力、知識遷移運用能力，難度較大．