Question

7．磷和氮都是生物體不可缺少的元素，但磷在自然界總是以磷酸鹽的形式出現，如磷酸鈣礦Ca₃（PO₄）₂、磷灰石Ca₅F（PO₄）₃等．
（1）磷共有23種同位素，其中質子數與中子數相等的同位素是人類獲得的第一種人工放射性同位素，該核素可表示為³⁰₁₅P．
（2）單質磷有多種同素異形體，如白磷、紅磷、黃磷等．
①磷酸鈣與焦炭、石英砂混合，在電爐中加熱到1400-1500℃生成白磷，反應式：
2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂=6CaSiO₃+P₄O₁₀；10C+P₄O₁₀=P₄↑+10CO↑
上述反應的各種物質中，屬于酸酐的是SiO₂、P₄O₁₀（填化學式）．若體系一起處于還原性的氣氛中，那么每生成1mol P₄時有20mol電子發生轉移．
②黃磷（P₄）有毒，它能將金、銀、銅從其冷的鹽溶液中還原出來．寫出黃磷與冷硫酸銅溶液反應的化學方程式P₄+10CuSO₄+16H₂O=10Cu+4H₃PO₄+10H₂SO₄．
（3）比較N、P氣態氫化物的穩定性：PH₃＜NH₃（填“＜”或“＞”或“=”），請用原子結構的觀點解釋其原因NP同主族最外層電子數相同，P的電子層數比N多，原子核對電子的吸引力弱，故磷化氫的穩定性較差．
（4）磷酸鹽在水溶液中既有電離又有水解
①磷酸鈉的水溶液顯堿性，用離子方程式解釋原因PO₄^3-+H₂O?HPO₄^2-+OH^-（若有多個反應，則寫出主要反應即可）．
②磷酸是三元酸，在298K時，K₁=7.5×10^-3，K₂=6.2×10^-8，K₃=2.2×10^-13，則NaH₂PO₄溶液顯酸性（填“酸”或“堿”），通過簡單計算說明你的理由K_h（H₂PO₄^-）=$\frac{Kw}{{K}_{1}}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{7.5×1{0}^{-3}}$=1.33×10^-10＜K₂，H₂PO₄^-的電離強于水解，溶液中c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）質子數與中子數相等的同位素，計算得到質量數=15+15=30，結合原子符號書寫核素；
（2）①酸性氧化物是能和堿反應生成鹽和水的氧化物，非金屬氧化物中非金屬化合價和酸中元素化合價相同，結合氧化還原反應電子守恒計算電子轉移；
②黃磷（P₄）有毒，它能將金、銀、銅從其冷的鹽溶液中還原出來．寫出黃磷與冷硫酸銅溶液反應生成銅，磷酸和硫酸，結合原子守恒配平書寫化學方程式；
（3）依據同主族非金屬性的強弱分析判斷氫化物的穩定性，實質是原子結構的特征分析，原子核對最外層電子的吸引力判斷；
（4）①磷酸鈉的水溶液顯堿性是因為磷酸根離子分步水解，溶液中水的電離被促進氫氧根離子濃度增大；
②K₁=7.5×10^-3，K₂=6.2×10^-8，K₃=2.2×10^-13，則NaH₂PO₄溶液中分析計算H₂PO₄^-的水解常數，和H₂PO₄^-的電離程度比較分析判斷溶液酸堿性；

解答 解：（1）質子數與中子數相等的同位素，計算得到質量數=15+15=30，結合原子符號書寫核素為：³⁰₁₅P，
故答案為：³⁰₁₅P；
（2）①酸性氧化物是能和堿反應生成鹽和水的氧化物，非金屬氧化物中非金屬化合價和酸中元素化合價相同，反應2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂=6CaSiO₃+P₄O₁₀；10C+P₄O₁₀=P₄↑+10CO↑中，二氧化硅是硅酸的酸酐，P₄O₁₀是磷酸的酸酐，結合氧化還原反應電子守恒計算電子轉移，每生成1mol P₄時碳元素化合價0價變化為+2價，磷元素化合價變化為+5價，電子轉移為20mol，
故答案為：20；
②黃磷（P₄）有毒，它能將金、銀、銅從其冷的鹽溶液中還原出來．寫出黃磷與冷硫酸銅溶液反應生成銅，磷酸和硫酸，結合原子守恒配平書寫化學方程式為：P₄+10CuSO₄+16H₂O=10Cu+4H₃PO₄+10H₂SO₄，
故答案為：SiO₂、P₄O₁₀；P₄+10CuSO₄+16H₂O=10Cu+4H₃PO₄+10H₂SO₄；
（3）依據同主族非金屬性的強弱分析判斷氫化物的穩定性，實質是原子結構的特征分析，原子核對最外層電子的吸引力判斷，N、P同主族最外層電子數相同，P的電子層數比N多，原子核對電子的吸引力弱，故磷化氫的穩定性較差：PH₃＜NH₃，
故答案為：＜，N、P同主族最外層電子數相同，P的電子層數比N多，原子核對電子的吸引力弱，故磷化氫的穩定性較差；
（4）①磷酸鈉的水溶液顯堿性是因為磷酸根離子分步水解，溶液中水的電離被促進氫氧根離子濃度增大，水解離子方程式為：PO₄^3-+H₂O?HPO₄^2-+OH^-；
②K₁=7.5×10^-3，K₂=6.2×10^-8，K₃=2.2×10^-13，NaH₂PO₄溶液中分析計算H₂PO₄^-的水解常數，和H₂PO₄^-的電離程度比較分析判斷溶液酸堿性，K_h（H₂PO₄^-）=$\frac{c（{H}_{3}P{O}_{4}）c（O{H}^{-}）}{{c（H}_{2}P{{O}_{4}}^{-}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{1}}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{7.5×1{0}^{-3}}$=1.33×10^-10＜K₂，H₂PO₄^-的電離強于水解，溶液中c（H⁺）＞c（OH^-），溶液顯酸性，
故答案為：酸，K_h（H₂PO₄^-）=$\frac{c（{H}_{3}P{O}_{4}）c（O{H}^{-}）}{{c（H}_{2}P{{O}_{4}}^{-}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{1}}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{7.5×1{0}^{-3}}$=1.33×10^-10＜K₂，H₂PO₄^-的電離強于水解，溶液中c（H⁺）＞c（OH^-），溶液顯酸性．

點評 本題考查了磷奇跡化合物性質的分析判斷，主要是氧化還原反應電子轉移和化學方程式書寫，弱電解質電離平衡，鹽類水解平衡的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度較大．