Question

氟及其化合物在生产生活中被广泛使用，造福人类。

（1）LiPF₆是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl₅为原料，低温反应制备LiPF₆，其流程如下

已知：HCl的沸点是－85.0 ℃，HF的沸点是19.5 ℃。

①反应设备不能用玻璃材质的原因是          (用化学方程式表示)。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的     溶液冲洗。

②该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF₅极易水解，其产物为两种酸，写出PF₅水解的化学方程式：                                                   。

③第④步分离采用的方法是        ；第⑤步分离尾气中HF、HCl采用的方法是         。

（2）工业上制备氟气通常采用电解氧化法，如图是电解熔融的氟氢化钾(KHF₂)的实验装置：

 

① 已知阴极的电极反应式为2HF₂^-+2e^-═H₂+4F^-，则电解的总反应为                  

② 出口1处的物质是           （填化学式）。                   

（3）牙齿表面有一层釉质，其组成为羟基磷灰石Ca₅(PO₄)₃OH（K_sp=6.8×10^-21），容易受到酸的侵蚀，研究表明氟磷灰石Ca₅(PO₄)₃F（K_sp=1.0×10^-37）更能抵抗酸的腐蚀。请用平衡移动原理解释为什么人们常使用含氟牙膏防治蛀牙___________________。

Answer

（1）①SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；NaHCO3 ②PF5+4H2O=H3PO4+5HF ③过滤； 冷凝

（2）① 2KHF2 H2↑+F2↑+2KF ②F2

（3） 牙齿表面的羟基磷灰石在水中存在平衡: Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+ (aq) +3PO43-(aq) +OH-(aq)，容易因为酸使上述平衡向右移动而被腐蚀；当加入氟化物时发生反应生成溶解度更小的氟磷灰石： 5Ca2+ (aq) +3PO43-(aq) + F- (aq)= Ca5(PO4) 3F(s)，实现了羟基磷灰石转化为更耐腐蚀的氟磷灰石，因此使用氟化物能防止蛀牙。

【解析】

试题分析：（1）①玻璃的主要成分中含有SiO2，能和HF发生反应，SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，所以反应设备不能用玻璃材质；HF属于弱酸，必须用弱碱性溶液来除去，所以如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的NaHCO3溶液冲洗；
②根据题目中的信息“PF5极易水解，其产物为两种酸”，则根据元素组成可知，两种酸分别是H3PO4和HF，所以反应的方程式为PF5+4H2O=H3PO4+5HF。
③第④步分离的是固体[LiPF4（s）]和液体[(HF（l）]，所以采用过滤的方法；分离尾气中HF、HCl，可以利用二者沸点的差异（HF分子之间存在氢键）进行分离，所以采用冷凝法。

（2）①根据题意，工业上制备氟气通常采用电解氧化法，电解熔融的氟氢化钾(KHF2)时，阴极反应为2HF2-+2e-═H2↑+4F-，阳极反应为2F－-2e－=F2↑，则电解的总反应为2KHF2 H2↑+F2↑+2KF；②根据电解装置图，阳极需要惰性电极，所以钢为阴极，石墨为阳极，则出口1处的物质是F2。

（3）牙齿表面的羟基磷灰石在水中存在平衡: Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+ (aq) +3PO43-(aq) +OH-(aq)，容易因为酸使上述平衡向右移动而被腐蚀；当加入氟化物时发生反应生成溶解度更小的氟磷灰石： 5Ca2+ (aq) +3PO43-(aq) + F- (aq)= Ca5(PO4) 3F(s)，实现了羟基磷灰石转化为更耐腐蚀的氟磷灰石，因此使用氟化物能防止蛀牙。

【考点定位】考查无机化学流程题，物质分离和提纯的方法，电解原理的应用，平衡移动原理等知识。

【名师点睛】本题考查无机化学流程题，涉及物质推断、分离提纯、方程式书写，电解原理，平衡移动原理等知识，注意题干所给信息的使用，侧重对学生实验能力的培养和解题方法的指导，有助于培养学生规范、严谨的实验设计和评价能力。①玻璃的主要成分中含有SiO2，能和HF发生反应，HF属于弱酸，必须用弱碱性溶液来除去；②根据题目中的信息“PF5极易水解，其产物为两种酸”，则根据元素组成可知，两种酸分别是H3PO4和HF。③分离固体与液体用过滤方法，分离沸点相差较大的物质用冷凝法；④根据电解装置图，阳极需要惰性电极，所以钢为阴极，石墨为阳极，然后根据题给信息解答。