Question

【題目】砷及其化合物有著廣泛的用途。砷有兩種常見的弱酸，砷酸(H3AsO4)和亞砷酸(H3AsO3)。已知砷酸(H3AsO4)的pKa1、pKa2、pKa3依次為2.25、6.77、11.40(pKa＝－lgKa)。回答下列問題：

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

H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH2

As(s)＋O2(g)=As2O5(s)　ΔH3

則反應(yīng)As2O5(s)＋3H2O(l)=2H3AsO4(s)　ΔH＝______。

(2)寫出砷酸(H3AsO4)的第二步電離方程式_______。

(3)NaH2AsO4溶液呈___(填“酸性”“中性”或“堿性”)，試通過計(jì)算說明_______。

(4)亞砷酸(H3AsO3)水溶液中存在多種微粒形態(tài)，各種微粒分布分?jǐn)?shù)(平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù))與溶液的pH關(guān)系如圖所示。

以酚酞為指示劑(變色范圍pH 8.2～10.0)，將NaOH溶液逐滴加入到H3AsO3溶液中，當(dāng)溶液由無色變?yōu)闇\紅色時(shí)停止滴加。該過程中主要反應(yīng)的離子方程式為_______。

(5)某化學(xué)興趣小組同學(xué)欲探究可逆反應(yīng)：AsO33-＋I2＋2OH－AsO43-＋2I－＋H2O。設(shè)計(jì)圖Ⅱ所示裝置。實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象：按圖Ⅱ裝置加入試劑并連接裝置，電流由C2流入C1。當(dāng)電流變?yōu)榱銜r(shí)，向圖Ⅱ裝置左邊燒杯中逐滴加入一定量2 mol·L－1鹽酸，發(fā)現(xiàn)又產(chǎn)生電流，實(shí)驗(yàn)中電流與時(shí)間的關(guān)系如圖Ⅲ所示。

①圖Ⅲ中AsO43-的逆反應(yīng)速率：a__(填“＞”“＜”或“＝”)b。

②寫出圖Ⅲ中c點(diǎn)對應(yīng)圖Ⅱ裝置的正極反應(yīng)式______。

③能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__。

a 2v(I－)正＝v(AsO33-)逆 b 溶液的pH不再變化

c 電流表示數(shù)變?yōu)榱?d 溶液顏色不再變化

Answer 1

【答案】2ΔH1－3ΔH2－2ΔH3 H2AsO4-H＋＋HAsO42- 酸性 Kh3＝=10－11.75＜10－6.77，即Ka2＞Kh3，故溶液呈酸性 H3AsO3＋OH－=H2AsO3-＋H2O ＜ AsO43-＋2e－＋2H＋=AsO33-＋H2O bcd

【解析】

(1)將題中已知熱化學(xué)方程式依次編號為①、②、③，根據(jù)蓋斯定律，由①×2－②×3－③×2得As2O5(s)＋3H2O(l)＝2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－2ΔH3；

(2)砷酸(H3AsO4)為多元弱酸，分步電離，第二步電離方程式為H2AsO4H＋＋HAsO42；

(3)NaH2AsO4溶液Kh3＝=10－11.75＜10－6.77，即Ka2＞Kh3，這說明電離程度大于水解程度，故溶液呈酸性；

(4)酚酞的變色pH范圍為8.2～10.0，當(dāng)溶液由無色變?yōu)闇\紅色時(shí)，根據(jù)圖中曲線變化知，該過程發(fā)生的主要反應(yīng)為H3AsO3轉(zhuǎn)化為H2AsO3-，離子方程式為H3AsO3＋OH－=H2AsO3-＋H2O；

(5)①電流由C2流入C1時(shí)，C2作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，則可逆反應(yīng)正向進(jìn)行，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，粒子濃度減小，電流減小，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，故圖Ⅲ中AsO43的逆反應(yīng)速率：a＜b；

②圖Ⅲ中c點(diǎn)對應(yīng)的是在加入鹽酸后，產(chǎn)生反向電流的情況，此時(shí)圖Ⅱ裝置中C1作正極，正極上AsO43得電子生成AsO33，電極反應(yīng)式為AsO43＋2e－＋2H＋＝AsO33＋H2O；

③a項(xiàng)，根據(jù)速率關(guān)系，v(I－)正＝2v(AsO33)逆時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，而2v(I－)正＝v(AsO33)逆時(shí)反應(yīng)不處于平衡狀態(tài)；

b項(xiàng)，溶液的pH不再變化，則氫氧根離子濃度也保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

c項(xiàng)，電流表示數(shù)變?yōu)榱悖瑒t氧化還原反應(yīng)中不再發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，反應(yīng)物的濃度保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

d項(xiàng)，溶液顏色不再變化，則碘單質(zhì)的濃度保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，

綜上所述選bcd。