Question

6．X、Y、Z为原子序数由小到大排列的三种短周期元素．已知：X、Y的气态氢化物分子具有相同的电数；Y与Z同主族；XY₂是非极性分子，其晶体可用作人工降雨．请回答：
（1）Z的最高价氧化物对应水化物W是重要的化工原料．W的化学式为H₂SO₄；工业制造W的生产过程主要分为三个阶段．
①101kPa时，3.2g Z的固体单质完全燃烧可放出29.7kJ的热量，写出能够表示该固体单质燃烧热的热化学方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297kJ/mol；
②在接触氧化阶段，为提高ZY₂的转化率，从理论上判断，应选择的条件是低温和高压．从表给出不同温度、压强下ZY₂平衡转化率的实验数据进行分析，结合工业生产的实际，应选择适合的温度和压强是（选填字母）B；
A．400℃～500℃10MPa         B．400℃～500℃1MPa
C．500℃～500℃10MPa         D．400℃～500℃0.1MPa

压强/MPa 转化率/% 温度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

③在吸收阶段，为尽可能提高ZY₃的吸收效率，工业上选择的吸收剂是（选填字母）C．
A．水      B．0.5mol/L的硫酸       C．98.3%的硫酸       D．浓氨水
（2）已知X与XY都是工业上常用的还原剂．
①写出X单质与W的浓溶液反应的化学方程式C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②500℃，11.2L（标准状况）ZY₂在催化剂作用下与XY发生化学反应．若有2×6.02×10²³个电子转移时，该反应的化学方程式是SO₂+2CO$\frac{\underline{催化剂}}{△}$S+2CO₂．

Answer 1

分析 X、Y、Z为原子序数由小到大排列的三种短周期元素．已知：X、Y的气态氢化物分子具有相同的电子数，XY₂是非极性分子，其晶体可用作人工降雨，则是CO₂，故X为碳元素，Y为氧元素；Y与Z同主族；则Z为硫元素．
（1）Z的最高价氧化物对应水化物W是硫酸（H₂SO₄）．
①在101kPa时，3.2g硫的物质的量为0.1mol，0.1mol硫单质完全燃烧可放出29.7kJ的热量，所以1mol硫单质完全燃烧可放出297kJ的热量，据此书写单质燃烧热的热化学方程式．注意书写热化学反应方程式，可燃物的物质的量为1mol．
②增大压强后，SO₂的平衡转化率提高得并不多，加压对设备的要求高且耗能多，将增大投资和能量消耗．
400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率）和SO₂的平衡转化率都比较理想．
③由于反应SO₃+H₂O=H₂SO₄是一个放热反应，如果用水或稀硫酸吸收SO₃，放出的热量会使溶液形成大量的酸雾，不利于SO₃的吸收，所以工业上用98.3%的浓硫酸吸收SO₃，然后在水或稀硫酸中稀释浓硫酸，制得各种浓度的硫酸产品．
（2）①碳与浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫、水．据此书写方程式．
②11.2L（标准状况）SO₂的物质的量0.5mol，催化剂作用下与CO发生化学反应，有2×6.02×10²³个电子转移时，根据电子转移守恒可知硫元素被还原到硫单质．

解答 解：X、Y、Z为原子序数由小到大排列的三种短周期元素．已知：X、Y的气态氢化物分子具有相同的电子数，XY₂是非极性分子，其晶体可用作人工降雨，则是CO₂，故X为碳元素，Y为氧元素；Y与Z同主族；则Z为硫元素．
（1）Z的最高价氧化物对应水化物W是硫酸化学式为H₂SO₄．故答案为：H₂SO₄；
①在101kPa时，3.2g硫的物质的量为0.1mol，0.1mol硫单质完全燃烧可放出29.7kJ的热量，所以1mol硫单质完全燃烧可放出297kJ的热量，硫单质燃烧热的热化学方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ•mol^-1，
故答案为：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ/mol；
②增大压强后，SO₂的平衡转化率提高得并不多，加压对设备的要求高且耗能多，将增大投资和能量消耗．400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率）和SO₂的平衡转化率都比较理想．故选择400℃～500℃，1MPa大气压．故答案为：B；
③由于反应SO₃+H₂O=H₂SO₄是一个放热反应，如果用水或稀硫酸吸收SO₃，放出的热量会使溶液形成大量的酸雾，不利于SO₃的吸收，所以工业上用98.3%的浓硫酸吸收SO₃，然后在水或稀硫酸中稀释浓硫酸，制得各种浓度的硫酸产品．故答案为：C；
（2）①碳与浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫、水，反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②11.2L（标准状况）SO₂的物质的量0.5mol，催化剂作用下与CO发生化学反应，有2×6.02×10²³个电子转移时，令硫元素在还原产物中的化合价为x，则0.5（4-x）=2，解得x=0，所以硫元素被还原为硫单质，反应方程式为SO₂+2CO$\frac{\underline{催化剂}}{△}$ S+2CO₂．故答案为：SO₂+2CO$\frac{\underline{催化剂}}{△}$S+2CO₂．

点评 以元素推断为载体，考查性质与物质关系、电子式、热化学反应方程式、氧化还原反应、化学工业制备硫酸等，难度中等，推断元素是关键，是对所学知识的综合运用与学生能力考查．注意基础知识的掌握与灵活运用．