Question

5．A、B、C、D、E、F、G、H八种短周期主族元素，原子序数依次增大．A元素的一种核素质子数与质量数在数值上相等；B的单质分子中有三对共用电子；C、G同主族，且核电荷数之比为1：2；D的单质能与冷水剧烈反应，所得强碱性溶液中含有两种电子数相同的阴、阳离子；E元素原子最外层电子数是G元素原子最外层电子数的一半；F的最外层电子数是内层电子总数的一半．试回答下列问题：
（1）C、D、H组成的化合物W是家用消毒剂的主要成分，W的溶液呈碱性，用离子方程式解释其原因ClO^-+H₂O?HClO+OH^-；起消毒作用的微粒结构式为H-O-Cl．
（2）含B的四原子分子I与D的单质和水反应所得的阴离子电子数相等，I的分子空间构型为三角锥型，它属于极性分子（填“极性”或“非极性”）；请比较I与FA₃的沸点高低并加以解释NH₃的沸点高于PH₃，因为NH₃分子间存在氢键．
（3）常温时，39g C、D按原子个数比1：l形成的化合物X与足量CO₂反应放出Q kJ的热量，写出该反应的热化学方程式；2Na₂O₂（s）+2CO₂（g）=2Na₂CO₃（s）+O₂（g）；△H=-4Q kJ•mol^-1用D₂C₂在酸性条件下处理含CB^-（此C是碳）的工业废水，将得到B的单质及CO₂（二氧化碳）等物质，请写出该反应的离子方程式5Na₂O+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O．
（4）甲是Na₂CO₃，乙、丙分别是E、G两种元素最高价含氧酸的钠盐，甲、乙都能与丙发生反应，且丙用量不同，反应的产物不同．回答问题：
①向丙溶液中缓慢滴加过量的乙溶液过程中发生反应的离子方程式4H⁺+AlO₂^-=Al³⁺+2H₂O，Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓．
②向甲溶液中缓慢滴加等物质的量的丙溶液后，所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）．
（5）取一定质量含Cu、Cu₂O和CuO的固体混合物，将其分成两等份并进行图1转化：已知Y是B的最高价氧化物对应的水化物，Z是BC的气体．则转化过程中所加稀Y的物质的量浓度为4mol/L

（6）由上面八种元素中一些元素组成P、Q、M、N四种物质，可以在如图2所示装置发生下列反应：
3P（g）+2Q（g）?M（g）+2N（g）；△H＜0，当关闭阀门K时，
向丁中充入1mol P、4mol Q，向戊中充入2mol P、8mol Q，起始时，丁、戊体积均为V  L．在相同温度和有催化剂存在的条件下，达到平衡（Ⅰ）时，V（丁）=0.88V  L．请回答：
①丁中Q的转化率为15%；
②丁中N和戊中M的物质的量比较：后者大（填“相等”、“前者大”、“后者大”）；
③打开K，过一段时间重新达平衡（Ⅱ）时，丁的体积为1.64VL（用含V的代数式表示，连通管中气体体积忽略不计．）

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F、G、H八种短周期主族元素，原子序数依次增大，A元素的一种核素质子数与质量数在数值上相等，则A是H元素；B的单质分子中有三对共用电子，为N元素；
C、G同主族，且核电荷数之比为1：2，C为O元素、G为S元素；
D的单质能与冷水剧烈反应，所得强碱性溶液中含有两种电子数相同的阴、阳离子，则D是Na元素；E元素原子最外层电子数是G元素原子最外层电子数的一半，为Al元素；F的最外层电子数是内层电子总数的一半，为P元素；
（1）形成的W是NaClO，NaClO是强碱弱酸盐，水解呈碱性；起消毒作用的是HClO；
（2）钠和水反应生成钠离子和氢氧根是10电子，10电子的四原子是NH₃，氨气分子为三角锥形结构，为极性分子；含有氢键的氢化物熔沸点较高；
（3）常温时，39g O、Na按原子个数比1：l形成的化合物Na₂O₂与足量CO₂反应放出Q kJ的热量，39g过氧化钠的物质的量是0.5mol，0.5mol过氧化钠反应放出QkJ热量，则2mol过氧化钠完全反应放出4QkJ热量；
用Na₂O₂在酸性条件下处理含CN^-（此C是碳）的工业废水，将得到N₂及CO₂（二氧化碳）等物质，根据反应物和生成物书写离子方程式；
（4）甲是Na₂CO₃，乙、丙分别是E、G两种元素最高价含氧酸的钠盐，甲、乙都能与丙发生反应，且丙用量不同，则乙、丙分别是偏铝酸钠、硫酸氢钠；
①向NaHSO₄溶液中缓慢滴加过量的NaAlO₂溶液，由于开始时NaHSO₄过量，所以先发生4H⁺+AlO₂^-=Al ³⁺+2H₂O，当将NaHSO₄反应完之后，再发生Al ³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
②向Na₂CO₃溶液中缓慢滴加等物质的量的NaHSO₄溶液后，溶液中存在的物质是NaHCO₃和Na₂SO₄．HCO₃^-水解使溶液显碱性，HCO₃^-电离产生H⁺和CO₃^2-，加上水电离产生的H⁺，使得c（H⁺）＞c（CO₃^2-）；
（5）CuO、Cu₂O被氢气还原得到Cu和水，参与反应的HNO₃中化合价降低的硝酸根、氢原子和Cu、Cu₂O和CuO的固体混合物的氧原子生成了NO 和H₂O，n（NO）=0.2mol，化合价降低n（NO₃^-）=0.2mol
利用O原子守恒．n（NO₃^-的氧原子）×3+n（固体混合物的氧原子）=n（NO的氧原子）+n（H₂O的氧原子），n（H₂O）=1mol，n（H₂O的H）=2mol，
利用H原子守恒进行计算；
（6）①同温同压下，体积之比等于物质的量之比，n（丁反应前）/n（丁反应达平衡时）=V L/0.88V L n（丁反应达平衡时）=4.4mol；
1-3X+（4-2X）+X+2X=4.4 X=0.3 Q的转化率=2X÷4=15%
②假设丁戊在同温同压下，向丁中充入1mol P、4mol Q，向戊中充入2mol P、8mol Q，是等效平衡，丁中N和戊中M的物质的量相等，那时戊的体积应该是1.76V，但实际上只有V，所以相当于压缩了戊的体积，平衡朝生成M的方向移动；
③在同温同压下，丁中充入1mol P、4mol Q，和相当于向戊丁连接器中充入3mol P、12mol Q，是等效平衡，最后达平衡时，连接器的体积是充入1mol P、4mol Q达平衡体积的三倍．

解答 解：A、B、C、D、E、F、G、H八种短周期主族元素，原子序数依次增大，A元素的一种核素质子数与质量数在数值上相等，则A是H元素；B的单质分子中有三对共用电子，为N元素；
C、G同主族，且核电荷数之比为1：2，C为O元素、G为S元素；
D的单质能与冷水剧烈反应，所得强碱性溶液中含有两种电子数相同的阴、阳离子，则D是Na元素；E元素原子最外层电子数是G元素原子最外层电子数的一半，为Al元素；F的最外层电子数是内层电子总数的一半，为P元素；
（1）形成的W是NaClO，NaClO是强碱弱酸盐，水解呈碱性，水解方程式为ClO^-+H₂O?HClO+OH^-；起消毒作用的是HClO，结构式为H-O-Cl，
故答案为：ClO^-+H₂O?HClO+OH^-；H-O-Cl；
（2）钠和水反应生成钠离子和氢氧根是10电子，10电子的四原子是NH₃，氨气分子为三角锥形结构，为氨气分子正负电荷重心不重合，为极性分子；含有氢键的氢化物熔沸点较高，氨气中存在氢键而磷化氢中不含氢键，所以氨气熔沸点高于磷化氢，
故答案为：三角锥；极性；NH₃的沸点高于PH₃，因为NH₃分子间存在氢键；
（3）常温时，39g O、Na按原子个数比1：l形成的化合物Na₂O₂与足量CO₂反应放出Q kJ的热量，39g过氧化钠的物质的量是0.5mol，0.5mol过氧化钠反应放出QkJ热量，则2mol过氧化钠完全反应放出4QkJ热量，热化学方程式为2Na₂O₂（s）+2CO₂（g）=2Na₂CO₃（s）+O₂（g）；△H=-4Q kJ•mol^-1；
用Na₂O₂在酸性条件下处理含CN^-（此C是碳）的工业废水，将得到N₂及CO₂（二氧化碳）等物质，根据反应物和生成物书写离子方程式为5Na₂O+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O，
故答案为：2Na₂O₂（s）+2CO₂（g）=2Na₂CO₃（s）+O₂（g）△H=-4Q kJ•mol^-1；
5Na₂O+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O；
（4）甲是Na₂CO₃，乙、丙分别是E、G两种元素最高价含氧酸的钠盐，甲、乙都能与丙发生反应，且丙用量不同，则乙、丙分别是偏铝酸钠、硫酸氢钠；
①向NaHSO₄溶液中缓慢滴加过量的NaAlO₂溶液，由于开始时NaHSO₄过量，所以先发生4H⁺+AlO₂^-=Al ³⁺+2H₂O，当将NaHSO₄反应完之后，再发生Al ³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓，
故答案为：4H⁺+AlO₂^-=Al³⁺+2H₂O，Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
②向Na₂CO₃溶液中缓慢滴加等物质的量的NaHSO₄溶液后，溶液中存在的物质是NaHCO₃和Na₂SO₄．HCO₃^-水解使溶液显碱性，HCO₃^-电离产生H⁺和CO₃^2-，加上水电离产生的H⁺，使得c（H⁺）＞c（CO₃^2-），离子浓度大小顺序是c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）；
（5）CuO、Cu₂O被氢气还原得到Cu和水，参与反应的HNO₃中化合价降低的硝酸根、氢原子和Cu、Cu₂O和CuO的固体混合物的氧原子生成了NO 和H₂O，n（NO）=0.2mol，化合价降低n（NO₃^-）=0.2mol
利用O原子守恒．n（NO₃^-的氧原子）×3+n（固体混合物的氧原子）=n（NO的氧原子）+n（H₂O的氧原子），n（H₂O）=1mol，n（H₂O的H）=2mol，利用H原子守恒进行计算，n（HNO₃的氢原子）=n（H₂O的氢原子）=2mol，c（HNO₃）=$\frac{2mol}{0.5L}$=4mol/L，
故答案为：4mol/L；
（6）①同温同压下，体积之比等于物质的量之比，n（丁反应前）/n（丁反应达平衡时）=V L/0.88V L n（丁反应达平衡时）=4.4mol；
该反应中 3P（g）+2Q（g）?M（g）+2N（g）；
开始（mol）1mol      4mol        0           0
反应（mol）3x          2x          x           2x
平衡（mol）1-3x     4-2x        x            2x
1-3x+（4-2x）+x+2x=4.4 x=0.3
Q的转化率=2X÷4=15%，
故答案为：15%；
②假设丁戊在同温同压下，向丁中充入1mol P、4mol Q，向戊中充入2mol P、8mol Q，是等效平衡，丁中N和戊中M的物质的量相等，那时戊的体积应该是1.76V，但实际上只有V，所以相当于压缩了戊的体积，平衡朝生成M的方向移动，所以丁中N小于戊中M的物质的量，
故答案为：后者大；
③在同温同压下，丁中充入1mol P、4mol Q，和相当于向戊丁连接器中充入3mol P、12mol Q，是等效平衡，最后达平衡时，连接器的体积是充入1mol P、4mol Q达平衡体积的三倍，丁的体积=3×0.88V-V=1.64V，
故答案为：1.64V．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡计算、盐类水解、氧化还原反应计算、离子方程式的书写等知识点，为高频考点，明确化学反应原理、元素化合物性质及物质之间的转化是解本题关键，侧重考查学生分析判断、计算能力，难点是（6）题计算，注意构建等效平衡过程，题目难度中等．