Question

【题目】砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：

(1)画出砷的原子结构示意图____________。

(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式__________。该反应需要在加压下进行，原因是__________________。

(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

则反应As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH =_________。

(4)H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种 浓度之和的分数)与pH的关系分别如图所示。

①以酚酞为指示剂(变色范围pH 8.0 ~ 10.0),将NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中,当溶液由无色变为浅红色时停止滴加。该过程中主要反应的离子方程式为 _____________________。 ②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的电离常数为Ka1,则pKa1=___(pKa1 = -lg Ka1 )。

(5)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

①CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示，该反应的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。

图表示CO的平衡转化率与起始投料比、温度的变化关系，测得B(x1,60)点氢气的转化率为40%，则x1＝__________。

②一定条件下，将2 mol CO和2 mol H2置于容积为2 L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时CO与H2体积之比为2∶1，则平衡常数K＝________。

Answer 1

【答案】 加压可以增加反应物O2的浓度，提高As2S3的转化率 2△H1-3△H2-△H3 OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O 2.2 ＜ 3 4.5

【解析】

（1）砷元素原子序数为33，原子核外有四个电子层，最外层5个电子，据此写出原子结构示意图；

（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为As2O3）制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫，结合氧化还原反应电子守恒和原子守恒书写化学方程式，反应为气体体积减小的反应，增大压强提高反应速率，平衡正向进行，反应效率高；

（3）①As（s）+3/2H2（g）+2O2（g）=H3AsO4（s）△H1；②H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H2；③2As（s）+5/2O2（g）=As2O5（s）△H3，盖斯定律计算得到反应As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）的△H；

（4）①根据图知，碱性条件下H3AsO3的浓度减小、H2AsO3-浓度增大，说明碱和H3AsO3生成H2AsO3-，该反应为酸碱的中和反应；

②根据Ka1=c（H2AsO4）c（H+）/c（H3AsO4）进行计算；

（5）①由图1可知，温度升高CO的转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，正向是放热反应，ΔH<0；n(H2)/n(CO)一定时，CO的转化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，转化率高的平衡常数大，所以K1、K2、K3的大小关系为K1>K2>K3，测得B(X1，60)点氢气的转化率为40%，CO的转化率是60%，设B点时CO、H2的物质的量分别是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3，即x1=3；

②设平衡时CO的浓度是x，则氢气的浓度是2x-1，生成甲醇的浓度是1-x，根据题意得：x/(2x-1)=2：1，x=2/3mol/L，所以K=(1-x)/x·(2x-1)2=4.5L2·mol-2。

（1）砷元素原子序数为33，原子核外有四个电子层，最外层5个电子，原子结构示意图为，故答案为：。

（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为As2O3）制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫，砷元素化合价+3价变化为+5价，反应的化学方程式为2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S，增大压强，可增大反应速率，并使平衡正向移动，增大反应物的转化率，故答案为：2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S；加压可以增加反应物O2的浓度，提高As2S3的转化率。

（3）已知：①As（s）+3/2H2（g）+2O2（g）=H3AsO4（s）△H1，②H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H2，③2As（s）+5/2O2（g）=As2O5（s）△H3，则利用盖斯定律将①×2-②×3-③可得As2O5（s）+3H2O（l）=2H3AsO4（s）△H=2△H1-3△H2-△H3，故答案为：2△H1-3△H2-△H3。

（4）①根据图知，碱性条件下H3AsO3的浓度减小、H2AsO3-浓度增大，说明碱和H3AsO3生成H2AsO3-，该反应为酸碱的中和反应，同时还生成水，离子方程式为OH-+H3AsO3=H2AsO3-+H2O，故答案为：OH-+H3AsO3=H2AsO3-+H2O。

②Ka1=c（H2AsO4）c（H+）/c（H3AsO4），pH=2.2时c（H+）=10-2.2mol/L，c（H3AsO3）=c（H2AsO3-），pKa1=-lgKa1=-lgc（H2AsO4）c（H+）/c（H3AsO4）=2.2，故答案为：2.2。

（5）①由图1可知，温度升高CO的转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，正向是放热反应，ΔH<0；n(H2)/n(CO)一定时，CO的转化率Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，转化率高的平衡常数大，所以K1、K2、K3的大小关系为K1>K2>K3，测得B(X1，60)点氢气的转化率为40%，CO的转化率是60%，设B点时CO、H2的物质的量分别是m、n，可得60%m=40%n/2，所以n/m=3，即x1=3；故答案为：＜，3。

②设平衡时CO的浓度是x，则氢气的浓度是2x-1，生成甲醇的浓度是1-x，根据题意得：x/(2x-1)=2：1，x=2/3mol/L，所以K=(1-x)/x·(2x-1)2=4.5L2·mol-2，故答案为：4.5。