Question

10．短周期元素A、B、C、D、E原子序数依次增大．A是周期表中原子半径最小的元素，B原子的最外层电子数等于该元素最低化合价的绝对值，C与D能形成D₂C和D₂C₂两种化合物，而D是同周期中金属性最强的元素，E的负一价离子与C和A形成的某种化合物分子含有相同的电子数．
（1）A、C、D形成的化合物中含有的化学键类型为离子键、共价键．
（2）已知：①E-E→2E•；△H=+a kJ•mol^-1
②2A•→A-A；△H=-b kJ•mol^-1
③E•+A•→A-E；△H=-c kJ•mol^-1（“•”表示形成共价键所提供的电子）写出298K时，A₂与E₂反应的热化学方程式（用化学式表示）H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c） kJ•mol^-1．
（3）在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，使之发生反应：2A₂（g）+BC（g）?X（g）；△H=-d kJ•mol^-1（d＞0，X为A、B、C三种元素组成的一种化合物）．初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如下：

实验	甲	乙	丙
初始投料	2molA2、1molBC	1molX	4molA2、2molBC
平衡时n（X）	0.5mol	n2	n3
反应的能量变化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
体系的压强	P1	P2	P3
反应物的转化率	α1	α2	α3

①在该温度下，假设甲容器从反应开始到平衡所需时间为4min，则该时间段内A₂的平均反应速率v（A₂）=0.125mol/（L．min）．
②该温度下此反应的平衡常数K的值为4．
③三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是ADE（填序号）．
A．α₁+α₂=1             B．α₃＜α₁             C． n₂＜n₃＜1.0mol
D．P₃＜2P₁=2P₂       E． Q₁+Q₂=d           F．Q₃=2Q₁
④在其他条件不变的情况下，将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min达到新的平衡时A₂的总转化率为65.5%，请在图中画出第5min 到新平衡时X的物质的量浓度的变化曲线．

Answer 1

分析 短周期元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，则A为氢元素；D是同周期中金属性最强的元素，处于ⅠA族，D的原子序数比H元素至少大3，可推知D为Na元素；B原子的价电子数等于该元素最低化合价的绝对值，处于ⅣA族，结合原子序数可知，B为碳元素；C与D能形成D₂C和D₂C₂两种化合物，则C为O元素；E形成负一价离子，则E为Cl，氯离子与H₂O₂含有相同的电子数．
（1）A、C、D形成的化合物为NaOH；
（2）已知：①Cl-Cl→2Cl•；△H=+a kJ•mol^-1
②2H•→H-H；△H=-b kJ•mol^-1
③Cl•+H•→H-Cl；△H=-c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①-②+③×2得：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）；
（3）①发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数；
③A．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为amol，表示出甲中CO转化率、乙中甲醇的转化率；
B．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍；
C．甲、乙为完全等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍；
D．甲、乙为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，二者压强相等，丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍；
E．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为bmol，根据热化学方程式表示出甲中放出热量Q₁、乙中吸收的热量Q₂；
F．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍；
④在其他条件不变的情况下，将甲容器的体系体积压缩到1L，瞬间X的浓度变为原来的2倍，平衡正向移动，若在第8min达到新的平衡时A₂的总转化率为65.5%，平衡时X为2mol×65.5%×$\frac{1}{2}$=0.655mol，平衡时X的浓度为0.655mol/L．

解答 解：短周期元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，则A为氢元素；D是同周期中金属性最强的元素，处于ⅠA族，D的原子序数比H元素至少大3，可推知D为Na元素；B原子的价电子数等于该元素最低化合价的绝对值，处于ⅣA族，结合原子序数可知，B为碳元素；C与D能形成D₂C和D₂C₂两种化合物，则C为O元素；E形成负一价离子，则E为Cl，氯离子与H₂O₂含有相同的电子数．
（1）A、C、D形成的化合物为NaOH，属于离子化合物，氢氧根离子中氧原子与氢原子之间形成共价键，故含有离子键、共价键，
故答案为：离子键、共价键；
（2）已知：①Cl-Cl→2Cl•；△H=+a kJ•mol^-1
②2H•→H-H；△H=-b kJ•mol^-1
③Cl•+H•→H-Cl；△H=-c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①-②+③×2得：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c） kJ•mol^-1，
故答案为：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c） kJ•mol^-1；
（3）①发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），4min到达平衡时，生成0.5molCH₃OH，则v（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{4min}$=0.0625mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=2v（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{4min}$=0.125mol/（L．min），
故答案为：0.125mol/（L．min）；
②CO的起始浓度=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，氢气的起始浓度=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，达到平衡时c（CH₃OH）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）：0.5    1         0
变化（mol/L）：0.25   0.5       0.25
平衡（mol/L）：0.25   0.5       0.25
所以平衡常数k═$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4
故答案为：4；
②A．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为amol，甲中CO转化率α₁=$\frac{1-a}{1}$=1-a，平衡时甲醇的物质的量=（1-a）mol，乙中参加反应的甲醇为amol，乙中的转化率α₂=a，故α₁+α₂=1，故A正确；
B．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应方向移动，转化率增大，即α₃＞α₁ ，故B错误；
C．甲、乙为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍，故n₂=0.5，n₃＞1.0mol，故C错误；
D．甲、乙为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，二者压强相等，丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍，故压强P₃＜2P₁=2P₂ ，故D正确；
E．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为bmol，则甲中参加反应的CO为（1-b）mol，放出的热量Q₁=d（1-b），乙中参加反应的甲醇为bmol，吸收的热量Q₂=bd，故Q₁+Q₂=d（1-b）+bd=d，故E正确；
F．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍，则Q₃＞2Q₁，故F错误，
故答案为：ADE；
④在其他条件不变的情况下，将甲容器的体系体积压缩到1L，瞬间X的浓度变为原来的2倍，平衡正向移动，若在第8min达到新的平衡时A₂的总转化率为65.5%，平衡时X为2mol×65.5%×$\frac{1}{2}$=0.655mol，平衡时X的浓度为0.655mol/L，第5min 到新平衡时X的物质的量浓度的变化曲线为：，
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及元素推断、化学平衡的计算、热化学方程式书写等，（3）中③为易错点、难点，要准确理解等效平衡问题，注意对等效平衡规律的理解，注意对结论的理解掌握，题目难度较大．