Question

8．X、Y、Z三種短周期元素，其中X元素的原子序數(shù)大于Y，且X、Y的氧化物都是形成酸雨的主要物質(zhì)．Z是地殼中含量最高的金屬元素；而地殼中含量最高的非金屬元素與X同主族、與Y同周期．
（1）實(shí)驗(yàn)室用H₂XO₄制取XO₂氣體的化學(xué)反應(yīng)方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O或2H₂SO₄（濃）+Cu $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．（請(qǐng)用具體元素符號(hào)表示化學(xué)式，下同）
（2）t℃時(shí)，0.1mol•L^-1的NaHXO₃溶液pH=6，該溶液中各離子濃度由大到小順序排列為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．
（3）請(qǐng)寫出Z的氧化物與燒堿溶液反應(yīng)的離子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（4）一定條件下，YO與YO₂存在下列反應(yīng)：YO（g）+YO₂（g）?Y₂O₃（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{3}）}{c（NO）•c（N{O}_{2}）}$．
（5）工業(yè)上用氧化YH₃法制取YO，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
4YH₃（g）+5O₂（g）═4YO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ•mol^-1；
已知Y₂（g）+O₂（g）═2YO（g）△H=+180kJ•mol^-1，則YH₃與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生兩種無污染物質(zhì)的熱化學(xué)式為4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1265.8kJ•mol^-1．
（6）一定條件下，如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（忽略其他有機(jī)物）．

①導(dǎo)線中電子移動(dòng)方向?yàn)锳→D．（用A、D表示）
②生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
③該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=64.3%．
（η=$\frac{生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)}{轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)}$×100%，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）

Answer 1

分析 X、Y、Z三種短周期元素，其中X元素的原子序數(shù)大于Y，且X、Y的氧化物都是形成酸雨的主要物質(zhì)，地殼中含量最高的非金屬元素為氧元素，與X同主族、與Y同周期，則X為S元素、Y為N元素，Z是地殼中含量最高的金屬元素，則Z為Al．
（1）實(shí)驗(yàn)室利用亞硫酸鈉與硫酸反應(yīng)或利用Cu與濃硫酸反應(yīng)等制備二氧化硫；
（2）0.1mol•L^-1的NaHSO₃溶液pH=6，說明HSO₃^-的電離程度大于其水解程度，故c（Na⁺）＞c（HSO₃^-），而溶液中水也電離得到H⁺，故c（H⁺）＞c（SO₃^2-）；
（3）氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)反應(yīng)得到偏鋁酸鈉與水；
（4）化學(xué)平衡常數(shù)為平衡時(shí)，生成物濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值；
（5）NH₃與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生兩種無污染物質(zhì)，反應(yīng)方程式為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，
已知：①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ•mol^-1；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）；
（6）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是負(fù)極、B是正極，電子從負(fù)極流向正極；
②該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷；
③陽極上生成氧氣，同時(shí)生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應(yīng)生成環(huán)己烷，結(jié)合反應(yīng)前后苯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)算參加反應(yīng)苯的物質(zhì)的量，苯參加反應(yīng)需要電子的物質(zhì)的量與總轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比就是電流效率η．

解答 解：X、Y、Z三種短周期元素，其中X元素的原子序數(shù)大于Y，且X、Y的氧化物都是形成酸雨的主要物質(zhì)，地殼中含量最高的非金屬元素為氧元素，與X同主族、與Y同周期，則X為S元素、Y為N元素，Z是地殼中含量最高的金屬元素，則Z為Al．
（1）實(shí)驗(yàn)室利用亞硫酸鈉與硫酸反應(yīng)或利用Cu與濃硫酸反應(yīng)等制備二氧化硫，反應(yīng)方程式為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，或2H₂SO₄（濃）+Cu $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O等，
故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O或2H₂SO₄（濃）+Cu $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）0.1mol•L^-1的NaHSO₃溶液pH=6，說明HSO₃^-的電離程度大于其水解程度，故c（Na⁺）＞c（HSO₃^-），而溶液中水也電離得到H⁺，故c（H⁺）＞c（SO₃^2-），溶液中氫氧根離子濃度遠(yuǎn)小于SO₃^2-，故溶液中c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；
（3）氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)反應(yīng)得到偏鋁酸鈉與水，反應(yīng)離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）反應(yīng)NO（g）+NO₂（g）?N₂O₃（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{3}）}{c（NO）•c（N{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（{N}_{2}{O}_{3}）}{c（NO）•c（N{O}_{2}）}$；
（5）已知：①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ•mol^-1；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1265.8kJ•mol^-1，
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1265.8kJ•mol^-1；
（6）①根據(jù)圖知，苯中的碳得電子生成環(huán)己烷，則D作陰極，E作陽極，所以A是負(fù)極、B是正極，電子從負(fù)極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實(shí)驗(yàn)的目的是儲(chǔ)氫，所以陰極上發(fā)生的反應(yīng)為生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應(yīng)式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂，故答案為：C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂；
③陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽極上生成2.8mol氧氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2.8mol×4=11.2mol，生成1mol氧氣時(shí)生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時(shí)同時(shí)生成5.6mol氫氣，設(shè)參加反應(yīng)的苯的物質(zhì)的量是xmol，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量是3xmol，剩余苯的物質(zhì)的量為10mol×24%-xmol，反應(yīng)后苯的含量$\frac{10mol×24%-x}{10mol-3xmol+5.6mol}$×100%=10%，x=1.2，苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.2mol×6=7.2mol，則 $\frac{7.2mol}{11.2mol}$×100%=64.3%，故答案為：64.3%．

點(diǎn)評(píng) 本題以元素推斷為載體，可知?dú)怏w制備、離子濃度大小比較、平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式書寫、電化學(xué)原理、化學(xué)計(jì)算等，（6）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，側(cè)重學(xué)生分析應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．