Question

6．X、Y、Z為原子序數(shù)由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態(tài)氫化物分子具有相同的電數(shù)；Y與Z同主族；XY₂是非極性分子，其晶體可用作人工降雨．請(qǐng)回答：
（1）Z的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物W是重要的化工原料．W的化學(xué)式為H₂SO₄；工業(yè)制造W的生產(chǎn)過(guò)程主要分為三個(gè)階段．
①101kPa時(shí)，3.2g Z的固體單質(zhì)完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，寫(xiě)出能夠表示該固體單質(zhì)燃燒熱的熱化學(xué)方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297kJ/mol；
②在接觸氧化階段，為提高ZY₂的轉(zhuǎn)化率，從理論上判斷，應(yīng)選擇的條件是低溫和高壓．從表給出不同溫度、壓強(qiáng)下ZY₂平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際，應(yīng)選擇適合的溫度和壓強(qiáng)是（選填字母）B；
A．400℃～500℃10MPa         B．400℃～500℃1MPa
C．500℃～500℃10MPa         D．400℃～500℃0.1MPa

壓強(qiáng)/MPa 轉(zhuǎn)化率/% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

③在吸收階段，為盡可能提高ZY₃的吸收效率，工業(yè)上選擇的吸收劑是（選填字母）C．
A．水      B．0.5mol/L的硫酸       C．98.3%的硫酸       D．濃氨水
（2）已知X與XY都是工業(yè)上常用的還原劑．
①寫(xiě)出X單質(zhì)與W的濃溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②500℃，11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）ZY₂在催化劑作用下與XY發(fā)生化學(xué)反應(yīng)．若有2×6.02×10²³個(gè)電子轉(zhuǎn)移時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是SO₂+2CO$\frac{\underline{催化劑}}{△}$S+2CO₂．

Answer 1

分析 X、Y、Z為原子序數(shù)由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態(tài)氫化物分子具有相同的電子數(shù)，XY₂是非極性分子，其晶體可用作人工降雨，則是CO₂，故X為碳元素，Y為氧元素；Y與Z同主族；則Z為硫元素．
（1）Z的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物W是硫酸（H₂SO₄）．
①在101kPa時(shí)，3.2g硫的物質(zhì)的量為0.1mol，0.1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，所以1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出297kJ的熱量，據(jù)此書(shū)寫(xiě)單質(zhì)燃燒熱的熱化學(xué)方程式．注意書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)反應(yīng)方程式，可燃物的物質(zhì)的量為1mol．
②增大壓強(qiáng)后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．
400℃～500℃作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想．
③由于反應(yīng)SO₃+H₂O=H₂SO₄是一個(gè)放熱反應(yīng)，如果用水或稀硫酸吸收SO₃，放出的熱量會(huì)使溶液形成大量的酸霧，不利于SO₃的吸收，所以工業(yè)上用98.3%的濃硫酸吸收SO₃，然后在水或稀硫酸中稀釋濃硫酸，制得各種濃度的硫酸產(chǎn)品．
（2）①碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫、水．據(jù)此書(shū)寫(xiě)方程式．
②11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）SO₂的物質(zhì)的量0.5mol，催化劑作用下與CO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有2×6.02×10²³個(gè)電子轉(zhuǎn)移時(shí)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知硫元素被還原到硫單質(zhì)．

解答 解：X、Y、Z為原子序數(shù)由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態(tài)氫化物分子具有相同的電子數(shù)，XY₂是非極性分子，其晶體可用作人工降雨，則是CO₂，故X為碳元素，Y為氧元素；Y與Z同主族；則Z為硫元素．
（1）Z的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物W是硫酸化學(xué)式為H₂SO₄．故答案為：H₂SO₄；
①在101kPa時(shí)，3.2g硫的物質(zhì)的量為0.1mol，0.1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，所以1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出297kJ的熱量，硫單質(zhì)燃燒熱的熱化學(xué)方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ•mol^-1，
故答案為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ/mol；
②增大壓強(qiáng)后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．400℃～500℃作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想．故選擇400℃～500℃，1MPa大氣壓．故答案為：B；
③由于反應(yīng)SO₃+H₂O=H₂SO₄是一個(gè)放熱反應(yīng)，如果用水或稀硫酸吸收SO₃，放出的熱量會(huì)使溶液形成大量的酸霧，不利于SO₃的吸收，所以工業(yè)上用98.3%的濃硫酸吸收SO₃，然后在水或稀硫酸中稀釋濃硫酸，制得各種濃度的硫酸產(chǎn)品．故答案為：C；
（2）①碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫、水，反應(yīng)方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）SO₂的物質(zhì)的量0.5mol，催化劑作用下與CO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有2×6.02×10²³個(gè)電子轉(zhuǎn)移時(shí)，令硫元素在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為x，則0.5（4-x）=2，解得x=0，所以硫元素被還原為硫單質(zhì)，反應(yīng)方程式為SO₂+2CO$\frac{\underline{催化劑}}{△}$ S+2CO₂．故答案為：SO₂+2CO$\frac{\underline{催化劑}}{△}$S+2CO₂．

點(diǎn)評(píng) 以元素推斷為載體，考查性質(zhì)與物質(zhì)關(guān)系、電子式、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)工業(yè)制備硫酸等，難度中等，推斷元素是關(guān)鍵，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用與學(xué)生能力考查．注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握與靈活運(yùn)用．