Question

11．（1）已知A、B、C、D是四种短周期元素，它们的原子序数依次增大．其中A、D元素同主族且A是原子半径最小的元素，B、C元素同周期，B的最外层电子数是次外层电子数的2倍；由A、B、C、D中的两种元素可形成原子个数比为1：1的多种化合物，甲、乙、丙为其中的三种，它们的元素组成如表所示：

化合物	甲	乙	丙
组成元素	B、C	A、C	C、D

常温下，甲物质为有剧毒的气体，密度略小于空气；乙物质为液体；丙物质为固体且为离子化合物．
请填写下列空白：甲的化学式为CO，乙的化学式为H₂O₂，丙的化学式为Na₂O₂，其中丙中阴离子与阳离子的个数之比为1：2．
（2）工业上常用SO₂除去CO，生成物为S和CO₂．
已知：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=b kJ/mol
则反应SO₂（g）+2CO（g）=S （s）+2CO （g） 的△H=（2b-a）kJ/mol
（3）为了减少CO对大气的污染，某研究性学习小组拟研究利用CO和H₂O反应转化为绿色能源H₂．已知：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
则CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的热化学方程式为CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1
（4）某同学设计了一个CH₃OH燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄的混合溶液，其装置如图：

①写出ⅰ装置中通入甲醇这一极的电极反应式CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
②理论上ⅱ中两极所得气体的体积随时间变化的关系如坐标图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），则曲线I表示阴极电极上的反应情况（填“阴极”或“阳极”）．写出在t₁后，石墨电极上的电极反应式4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O （或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺）．

Answer 1

分析 （1）A、B、C、D是四种短周期元素，它们的原子序数依次增大，其中A、D元素同主族且A是原子半径最小的元素，所以A是氢元素，B、C元素同周期，B的最外层电子数是次外层电子数的2倍，所以是碳；，由A、B、C、D中的两种元素可形成原子个数比为1：1的多种化合物，甲物质为有剧毒的气体，密度略小于空气；且B、C同周期，则甲是CO，所以B是C、C是O元素；
乙物质为液体，乙是A、C元素组成，则乙是H₂O₂，D与A同一主族，且原子序数D大于C，所以D是Na元素；
由C、D组成，且原子个数之比为1：1，则丁是Na₂O₂，再结合物质结构、性质解答；
（2）①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=a kJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=b kJ/mol
由盖斯定律目标反应的△H=2②-①；
（3）利用盖斯定律，根据已知热化学方程式乘以合适的系数进行相应加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减；
（4）①甲醇发生氧化反应，在碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②图1中原电池通入甲醇的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu：Cu²⁺+2e^-=Cu，故图2中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑．

解答 解：（1）A、B、C、D是四种短周期元素，它们的原子序数依次增大，其中A、D元素同主族且A是原子半径最小的元素，所以A是氢元素，B、C元素同周期，B的最外层电子数是次外层电子数的2倍，所以是碳；，由A、B、C、D中的两种元素可形成原子个数比为1：1的多种化合物，甲物质为有剧毒的气体，密度略小于空气；且B、C同周期，则甲是CO，所以B是C、C是O元素；
乙物质为液体，乙是A、C元素组成，则乙是H₂O₂，D与A同一主族，且原子序数D大于C，所以D是Na元素；
由C、D组成，且原子个数之比为1：1，则丁是Na₂O₂，甲的化学式为CO，乙的化学式为H₂O₂，丙的化学式为Na₂O₂，其中丙中阴离子与阳离子的个数之比为1：2，故答案为：CO；H₂O₂；Na₂O₂；1：2；
（2）①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=a kJ/mol
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=b kJ/mol
由盖斯定律目标反应的△H=2②-①=（2b-a）kJ/mol，故答案为：2b-a；
（2）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ•moL^-1
根据盖斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1-（-483.6KJ•moL^-1）=-82.4KJ•moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1，
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1；
（4）①在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，甲醇失电子的过程为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②图1中原电池通入甲醇的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu：Cu²⁺+2e^-=Cu，故图2中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑，
故答案为：阴极； 4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O  （或2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺）．

点评 本题考查了元素化合物的知识、电解池原理等知识点，电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时，明确离子的放电顺序是解本题的关键，难度较大．