Question

X、Y、Z三种短周期元素，它们的原子序数之和为16．X、Y、Z三种元素的常见单质在常温下都是无色气体，在适当条件下可发生如图1变化：一个B分子中含有的Z原子个数比C分子中少1个，B、C两种分子中的电子数均等于10．请回答下列问题：

（1）X元素在周期表中的位置是

 

周期，

 

族．
（2）分析同主族元素性质的递变规律，发现B、C物质沸点反常，这是因为它们

 

．
（3）C的电子式是

 

； Z单质与Y单质在固体催化剂表面合成C的反应过程，示意如图2．
图①至⑤中表示在催化剂表面Z单质与Y单质中化学键断裂是

 

．
（4）在一定条件下，1L密闭容器中充入1mol Y单质和3mol Z单质进行反应，经过20min达到平衡时，Y单质的物质的量为0.8mol，用题中所给数据列出平衡常数表达式（不必计算结果），K=

 

；用物质C表示该反应的反应速率为

 

．
（5）为幵发新能源，有关部门拟用甲醇（CH₃OH）替代汽油作为公交车的燃料．写出由CO和Z单质在一定条件下生成甲醇的化学方程式

 

．用该反应合成1mol液态甲醇吸收热量131.9kJ，
又知：4H₂（g）+2CO（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1188.2kL/mol   
      H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kL/mol
请写出表达液态甲醇燃烧热的热化学方程式

 

．

Answer 1

分析：短周期中形成无色气体单质的只有H₂、N₂、O₂（稀有气体除外），B、C两种分子中的电子数均等于10，则B、C为H₂O、NH₃的一种，且一个B分子中含有的Z原子个数比C分子中少1个，B为H₂O，C为NH₃，由转化关系可知，Z为氢，故A为NO，X为氧，Y为氮，
（1）O元素的质子数为8，位于第2周期VIA族；
（2）根据氢键对物质的沸点的影响来分析；
（3）由上面分析可知，C为NH₃，是共价化合物，根据电子式书写规则写；根据图中的微粒分析；
（4）利用三段式求出平衡时的浓度，然后求出K，根据氨气的浓度变化求出其速率；
（5）根据元素守恒和原子守恒书写化学方程式；根据已知热化学方程式，利用盖斯定律计算．

解答：解：短周期中形成无色气体单质的只有H₂、N₂、O₂（稀有气体除外），B、C两种分子中的电子数均等于10，则B、C为H₂O、NH₃的一种，且一个B分子中含有的Z原子个数比C分子中少1个，B为H₂O，C为NH₃，由转化关系可知，Z为氢，故A为NO，X为氧，Y为氮，
（1）O元素的质子数为8，位于第二周期VIA族，故答案为：二；VIA；
（2）氧元素、氟元素电负性很强，水分子之间、氨气分子之间存在氢键，故它们的沸点高于同主族其它元素氢化物，故答案为：分子之间存在氢键；
（3）由上面分析可知，C为NH₃，是共价化合物，则其电子式为：；由图可知③中全部为单个原子，所以图①至⑤中表示在催化剂表面Z单质与Y单质中化学键断裂是③，故答案为：；③；
（4）20min时反应已达平衡，N₂的物质的量浓度为0.8mol/L，设参加反应的N₂的物质的量为xmol/L，
                   N₂ +3H₂ ?2NH₃
初始浓度（mol/L）：1      3      0
变化浓度（mol/L）：x     3x      2x
平衡浓度（mol/L）：1-x   3-3x     2x
则1-x=0.8mol/L，所以x=0.2mol/L，所以平衡时的浓度分别为c（N₂）=0.8mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，c（NH₃）=0.4mol/L，
所以K=

c(NH3)

c(N2)?c3(H2)

=

0．42

0.8×2．42

，
v（NH₃）=

△c

t

=

0.4mol/L

20min

=0.02 mol/（L?min），
故答案为：

0．42

0.8×2．42

； 0.02 mol/（L?min）；
（5）根据题意由CO和H₂生产甲醇，则其化学方程式为CO+2H₂=CH₃OH；
根据液态甲醇燃烧生成二氧化碳和水蒸气，化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H，
①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H₁=+131.9kJ?mol^-1
②4H₂（g）+2CO（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₂=-1188.2kL/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=₃-44.0kL/mol
④CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l））△H
盖斯定律根据得：④=

1

2

×②-①+2×③
则△H=

1

2

×△H₂-△H₁+2×△H₃=-814.0 kJ?mol^-1，
故答案为：CO+2H₂=CH₃OH；CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-814.0 kJ?mol^-1．

点评：本题考查了化学平衡的计算，速率、平衡常数的计算，元素的推断，电子式的书写，盖斯定律的应用等，涉及的知识点较多，题目综合性强，难度较大．