Question

20．某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到化合物B和C．C可与E的浓溶液发生反应，G为砖红色Cu₂O沉淀．

（1）写出下列物质的化学式：BSO₂、EH₂SO₄；
（2）已知1mol/L的B的水溶液中水电离的c（H⁺）为2×10^-13mol/L，则其pH=1.3；．
（3）反应②的化学方程式是Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（4）将0.23mol B和0.11mol氧气放入容积为1L的密闭容器中，发生反应①，在一定温度下，反应达到平衡，得到0.12mol D，则反应的平衡常数K=23.8L/mol．若温度不变，再加入0.50mol氧气后重新达到平衡，则B的平衡浓度减小（填“增大”、“不变”或“减小”），氧气的转化率降低（填“升高、不变或降低”），D的体积分数减小（填“增大”、“不变”或“减小”）

Answer 1

分析 “G为砖红色沉淀”是本题的突破口，应为Cu₂O，因此此题可以用逆向推断的方法做，转化关系中，F生成G的反应是醛基的检验，所以，F为CuSO₄；从B→D→E，可推断为NO→NO₂→HNO₃或SO₂→SO₃ →H₂SO₄等．因为B→D的转化需用催化剂，可判定B为SO₂，D为SO₃，E为H₂SO₄，A应为Cu₂S，反应②为浓硫酸和铜在加热条件下的反应，反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，从平衡移动的角度计算平衡时各物质的浓度，进而计算化学平衡常数以及判断各物质的浓度的变化．

解答 解：（1）“G为砖红色沉淀”是本题的突破口，应为Cu₂O，因此此题可以用逆向推断的方法做．不难看出，F生成G的反应是醛基的检验，所以，F为CuSO₄；从B→D→E，可推断为NO→NO₂→HNO₃或SO₂→SO₃ →H₂SO₄等．因为B→D的转化需用催化剂，可判定B为SO₂，D为SO₃，E为H₂SO₄，A应为Cu₂S，C为Cu；
故答案为：SO₂；H₂SO₄；
（2）B为SO₂，对应的溶液呈酸性，1mol/L的B的水溶液中水电离的c（H⁺）为2×10^-13mol/L，则C（OH^-）=2×10^-13mol/L，
溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-13}}$mol/L=0.05mol/L，
pH=1.3，
故答案为：1.3；
（3）反应②为浓硫酸和铜在加热条件下的反应，反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O； 
（4）依据化学方程式：
                              2SO₂+O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$   2SO₃
起始c（mol/L）               0.23  0.11          0
转化c（mol/L）               0.12  0.06         0.12
第一次 平衡 c（mol/L）       0.11   0.05        0.12
可以求得：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）{c}^{2}（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.1{2}^{2}}{0.05×0.1{1}^{2}}$=23.8（l/mol）
恒温、恒容条件下，加入0.50 mol O₂后，根据勒夏特列原理，平衡右移，SO₂的物质的量减少，浓度减小，体积分数减小，O₂本身的转化率降低．设此时转化xmol/L的 O₂，
                          2SO₂+O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$   2SO₃
起始 （mol/L）         0.11    0.05+0.50        0.12
转化 （mol/L）          2x         x              2x
第二次平衡 （mol/L）  0.11-2x    0.55-x       0.12+2x
第一次平衡时SO₃的体积分数为：$\frac{0.12}{0.11+0.05+0.12}$=0.429，
只要注意到可逆反应中任意物质的浓度不可能为零的特点，x的最大极限值为0.055 mol/L，所以第二次平衡时SO₃的体积分数最大为：$\frac{0.12+2x}{0.11-2x+0.55-x+0.12+2x}$=0.320，
显然，体积分数减小了．
故答案为：23.8L/mol；减小；降低；减小．

点评 本题考查了物质转化关系和物质性质的应用，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，掌握化学平衡的计算应用和变化判断方法．本题考查较为综合，题目难度较大，注意根据物质的特殊颜色推断物质的可能性，用逆推的方法进行推断，把握常见元素化合物的性质．