Question

8．X、Y、Z三種短周期元素，其中X元素的原子序數大于Y，且X、Y的氧化物都是形成酸雨的主要物質．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）實驗室用H₂XO₄制取XO₂氣體的化學反應方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O或2H₂SO₄（濃）+Cu $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．（請用具體元素符號表示化學式，下同）
（2）t℃時，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）請寫出Z的氧化物與燒堿溶液反應的離子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（4）一定條件下，YO與YO₂存在下列反應：YO（g）+YO₂（g）?Y₂O₃（g），其平衡常數表達式為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，該反應的熱化學方程式為：
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與氧氣反應產生兩種無污染物質的熱化學式為4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1265.8kJ•mol^-1．
（6）一定條件下，如圖所示裝置可實現有機物的電化學儲氫（忽略其他有機物）．

①導線中電子移動方向為A→D．（用A、D表示）
②生成目標產物的電極反應式為C₆H₆+6H⁺+6e^-=C₆H₁₂．
③該儲氫裝置的電流效率η=64.3%．
（η=$\frac{生成目標產物消耗的電子數}{轉移的電子總數}$×100%，計算結果保留小數點后1位）

Answer 1

分析 X、Y、Z三種短周期元素，其中X元素的原子序數大于Y，且X、Y的氧化物都是形成酸雨的主要物質，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）實驗室利用亞硫酸鈉與硫酸反應或利用Cu與濃硫酸反應等制備二氧化硫；
（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反應得到偏鋁酸鈉與水；
（4）化學平衡常數為平衡時，生成物濃度系數次冪之積與反應物濃度系數次冪之積的比值；
（5）NH₃與氧氣反應產生兩種無污染物質，反應方程式為：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，
根據蓋斯定律，①-②×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）；
（6）①根據圖知，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是負極、B是正極，電子從負極流向正極；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產目標產物，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，同時生成氫離子，陰極上苯得電子和氫離子反應生成環(huán)己烷，結合反應前后苯的物質的量分數計算參加反應苯的物質的量，苯參加反應需要電子的物質的量與總轉移電子的物質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元素的原子序數大于Y，且X、Y的氧化物都是形成酸雨的主要物質，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）實驗室利用亞硫酸鈉與硫酸反應或利用Cu與濃硫酸反應等制備二氧化硫，反應方程式為：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反應得到偏鋁酸鈉與水，反應離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）反應NO（g）+NO₂（g）?N₂O₃（g）的平衡常數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是負極、B是正極，電子從負極流向陰極，所以電子從A流向D，故答案為：A→D；
②該實驗的目的是儲氫，所以陰極上發(fā)生的反應為生產目標產物，陰極上苯得電子和氫離子生成環(huán)己烷，電極反應式為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，轉移電子的物質的量=2.8mol×4=11.2mol，生成1mol氧氣時生成2mol氫氣，則生成2.8mol氧氣時同時生成5.6mol氫氣，設參加反應的苯的物質的量是xmol，參加反應的氫氣的物質的量是3xmol，剩余苯的物質的量為10mol×24%-xmol，反應后苯的含量$\frac{10mol×24%-x}{10mol-3xmol+5.6mol}$×100%=10%，x=1.2，苯轉化為環(huán)己烷轉移電子的物質的量為1.2mol×6=7.2mol，則 $\frac{7.2mol}{11.2mol}$×100%=64.3%，故答案為：64.3%．

點評 本題以元素推斷為載體，可知氣體制備、離子濃度大小比較、平衡常數、熱化學方程式書寫、電化學原理、化學計算等，（6）中計算為易錯點、難點，側重學生分析應用能力的考查，題目難度中等．