| 化学平衡常数 题目答案及解析

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选修四

第二章 化学反应速率和化学平衡

第三节 化学平衡

化学平衡常数

金属钪$\rm Sc$可用作宇航材料、火箭和飞机的制造材料,氧化钪$\rm (Sc_{2}O_{3})$可提高计算机记忆元件性能。某稀土冶炼厂在稀土分离过程中产生含钪废渣(赤泥),其主要成分为$\rm Sc_{2}O_{3}$,另含有$\rm TiO_{2}$$\rm CaO$$\rm Fe_{2}O_{3}$$\rm SiO_{2}$$\rm Al_{2}O_{3}$等氧化物。一种从赤泥中提取氧化钪的工艺流程如图所示

已知:$\rm P_{2}O_{4}$是一种磷酸酯萃取剂。回答下列问题:

为提高酸浸速率,可采取的措施有                

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粉碎“赤泥”、适当增大盐酸浓度、适当升高温度

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影响反应速率的因素有温度、浓度、压强、催化剂、接触面积等,为提高酸浸速率,可采取的措施有粉碎“赤泥”、适当增大盐酸浓度、适当升高温度。

$\rm AlCl_{3}$常以$\rm Al_{2}Cl_{6}$分子存在,已知$\rm Al_{2}Cl_{6}$分子中各个原子均达到$\rm 8$电子稳定结构,则$\rm Al_{2}Cl_{6}$分子的结构式为                

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$\rm Al$原子结构中最外层有$\rm 3$个电子与$\rm 3$$\rm Cl$原子形成$\rm 3$个共价键,未达$\rm 8$电子稳定结构,$\rm Al$存在空轨道,而$\rm Cl$原子存在孤电子对,二者会形成配位键使各个原子均达到$\rm 8$电子稳定结构,则$\rm A{{l}_{2}}C{{l}_{6}}$分子的结构式为

$\rm SOCl_{2}$是一种液态化合物,与水发生剧烈的非氧化还原反应,生成两种有刺激性气味的气体。写出$\rm Sc{\rm (OH)}_{3}$$\rm SOCl_{2}$反应的化学方程式:                

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$\\rm 2Sc{\\rm (OH)}_{3}+3SOCl_{2}=2ScCl_{3}+3SO_{2}↑+3H_{2}O$

"]]

$\rm SOCl_{2}$与水发生反应,生成两种有刺激性气味的气体为$\rm S{{O}_{2}}$$\rm HCl$,生成的$\rm HCl$$\rm Sc{{(OH)}_{3}}$发生中和反应,故$\rm Sc{{(OH)}_{3}}$$\rm SOCl_{2}^{{}}$反应生成$\rm S{{O}_{2}}$$\rm {{H}_{2}}O$$\rm ScC{{l}_{3}}$,化学反应方程式为$\rm 2Sc{{(OH)}_{3}}+3SOC{{l}_{2}}=2ScC{{l}_{3}}+3S{{O}_{2}}\uparrow +3{{H}_{2}}O$

已知$\rm 25\ ^\circ \text{C}$时,${{K}_{\rm h1}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}=a$${{K}_{\rm h2}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}=b$${{K}_{\rm sp}}{\rm \left[ S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}} \right]}=c$。“沉钪”时,发生反应:$\rm 2S{{c}^{3+}}+3{{H}_{2}}{{C}_{2}}{{O}_{4}}\rightleftharpoons S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}\downarrow +6{{H}^{+}}$,该反应的平衡常数$K=$                $\rm ($$K_{\rm w}$和含$a$$b$$c$的代数式表示$\rm )$

[["

$\\dfrac{{{K}_{\\rm w}}^{6}}{{{a}^{3}}{{b}^{3}}c}$

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${{K}_{\rm h1}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}=\dfrac{c{\rm (H{{C}_{2}}O_{4}^{-})}\cdot c{\rm (O{{H}^{-}})}}{c{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}}=a$${{K}_{\rm h2}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}=\dfrac{c{\rm ({{H}_{2}}{{C}_{2}}O_{4}^{{}})}\cdot c{\rm (O{{H}^{-}})}}{c{\rm (H{{C}_{2}}O_{4}^{-})}}=b$,则${{K}_{\rm h1}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}\cdot {{K}_{\rm h2}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}=\dfrac{c{\rm ({{H}_{2}}{{C}_{2}}O_{4}^{{}})}\cdot {{c}^{2}}\rm (O{{H}^{-}})}{c{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}}=ab$${{K}_{\rm sp}}{\rm \left[ S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}} \right]}={{c}^{2}}{\rm (S{{c}^{3+}})}\cdot {{c}^{3}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}=c$$\rm 2S{{c}^{3+}}+3{{H}_{2}}{{C}_{2}}{{O}_{4}}\rightleftharpoons S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}\downarrow +6{{H}^{+}}$该反应的平衡常数$K=\dfrac{{{c}^{6}}({{\rm H}^{+}})}{{{c}^{2}}{\rm (S{{c}^{3+}})}\cdot {{c}^{3}}\rm ({{H}_{2}}{{C}_{2}}{{O}_{4}})}=\dfrac{{{c}^{6}}({{\rm H}^{+}})\cdot {{c}^{6}}\rm (O{{H}^{-}})}{{{c}^{2}}{\rm (S{{c}^{3+}})}\cdot {{\left[ c{\rm ({{H}_{2}}{{C}_{2}}{{O}_{4}})}\cdot {{c}^{2}}\rm (O{{H}^{-}}) \right]}^{3}}}=\dfrac{{{c}^{6}}({{\rm H}^{+}})\cdot {{c}^{6}}\rm (O{{H}^{-}})}{{{c}^{2}}{\rm (S{{c}^{3+}})}\cdot {{c}^{3}}{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}\cdot {{\left[ \dfrac{c{\rm ({{H}_{2}}{{C}_{2}}{{O}_{4}})}\cdot {{c}^{2}}\rm (O{{H}^{-}})}{c{\rm ({{C}_{2}}O_{4}^{2-})}} \right]}^{3}}}=\dfrac{{{K}_{\rm w}}^{6}}{{{a}^{3}}{{b}^{3}}c}$

“沉钪”时得到$\rm S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}\cdot 6{{H}_{2}}O$沉淀。“沉钪”时测得相同时间钪的沉淀率随温度的变化如图所示,随温度升高钪的沉淀率先升高后降低的可能原因为                

[["

温度低于$\\rm 80\\ ^\\circ \\text{C}$时,随温度升高,沉淀反应速度加快,钪的沉淀率上升$\\rm ($或随温度升高草酸电离程度增大,草酸根浓度增多,钪的沉淀率上升$\\rm )$;温度高于$\\rm 80\\ ^\\circ \\text{C}$时,随着温度的升高,草酸钪的溶解度增大,致使钪的沉淀率下降

"]]

从图像可看出,反应相同时间$\rm 80\ ^\circ \text{C}$时钪的沉淀率几乎达最大值,温度较低时反应速率较慢,随温度升高,反应速率加快,故温度低于$\rm 80\ ^\circ \text{C}$时,随温度升高,沉淀反应速度加快,钪的沉淀率上升$\rm ($或随温度升高草酸电离程度增大,草酸根浓度增多,钪的沉淀率上升$\rm )$;而温度高于$\rm 80\ ^\circ \text{C}$时,反应速率快,相同时间反应达平衡状态,而沉淀的溶解度随温度升高增大,致使钪的沉淀率下降。

$\rm Sc_{2}(C_{2}O_{4})_{3}\cdot 6H_{2}O$在空气中加热分解时,$\dfrac{m({剩余固体})}{m({原始固体})}$随温度变化如图所示。已知:$M\rm [Sc_{2}(C_{2}O_{4})_{3}\cdot 6H_{2}O]=462\ g\cdot mol^{-1}$

$\rm 250\ ^\circ \text{C}$时固体的主要成分是                $\rm ($填化学式$\rm )$$\rm 550\sim 850\ ^\circ \text{C}$时反应的化学方程式为                

[["

$\\rm Sc_{2}(C_{2}O_{4})_{3}\\cdot H_{2}O$$\\rm 2S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}+3{{O}_{2}}\\begin{matrix} \\underline{\\underline{\\triangle}} \\\\ {} \\\\\\end{matrix}2S{{c}_{2}}{{O}_{3}}+12C{{O}_{2}}$

"]]

根据图像可知,$\rm 250\ ^\circ \text{C}$时固体质量减少$\rm 19.5\%$,设原来$\rm S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}\cdot 6{{H}_{2}}O$固体为$\rm 1\ mol$,质量为$\rm 462\ g$$\rm 250\ ^\circ \text{C}$时,减少的质量为$\rm 462\ g\times 19.5\%\approx 90\ g$,即失去$\rm 5\ mol$水,故主要成分是$\rm S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}\cdot {{H}_{2}}O$$\rm 550\ ^\circ \text{C}$时,固体质量又减少$\rm 3.9\%$,减少的质量为$\rm 462\ g\times 3.9\%\approx 18\ g$,即失去$\rm 1\ mol$水,故主要成分是$\rm S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}$$\rm 850\ ^\circ \text{C}$时,剩余固体的质量为$\rm 462\ g\times (100\%-19.5\%-3.9 \%-46.8\%)\approx 138\ g$,其中钪元素守恒,质量为$\rm 2\ mol\times 45\ g/mol=90\ g$,除去钪元素后剩余质量为$\rm 138\ g-90\ g=48\ g$,即氧元素的物质的量为$\rm 3\ mol$,则$\rm 850\ ^\circ \text{C}$时晶体的化学式为$\rm S{{c}_{2}}{{O}_{3}}$$\rm 550\sim 850\ ^\circ \text{C}$时反应的化学方程式为$\rm 2S{{c}_{2}}{{({{C}_{2}}{{O}_{4}})}_{3}}+3{{O}_{2}}\begin{matrix} \underline{\underline{\triangle}} \\ {} \\\end{matrix}2S{{c}_{2}}{{O}_{3}}+12C{{O}_{2}}$

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