Question

16．（I）、A、B、C、D、E、五种元素均是短周期元表．且原子序数依次增大．A的原子半径最小，B、E原子的最外层电子均均为其电子层数的2倍，D、E元素原子的最外层电子数相等，X、Y、Z、W、G、甲、乙七种物质均由上述中的两种或三种元素组成．元表B形成的单质M与甲、乙（相对分子质量：甲＜乙）浓溶液的反应分别是：甲与M 反应生成X、Y、Z．乙与M反应生成Y、Z、W，且X、Y、W均能与Z反应，反应条件均省略．回答下列有关问题：
（l）X、Y、W均能与Z反应，若将标准状况下的X和D₂按4：1充满试管后将其倒立于水槽中．待水不再上升时，试管内溶质的物质的量浓度是$\frac{1}{28}$mol/L（假设溶质不扩散）       
（2）若将X、W、D₂按4：4：3通入Z中充分反应．写出总的离子方程式4NO₂+4SO₂+3O₂+6H₂O═4NO₃^-+4SO₄^2-+12H⁺      
（3）G是一种既能与强酸又能与强碱反应的酸式盐，则G的化子式NH₄HS，取0.2mol/L的NaOH溶液与
0.1mol/L的G溶液等体积混合后，加热至充分反应后，待恢复至室温剩余溶液中离子浓度的由大到小顺序是c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）．此时测待溶液的pH=12．则此条件下G中阴离子的电离平衡常数Ka=4×10^-12
（Ⅱ）（4）某温度时．向AgNO₃溶液中加入K₂CrO₄溶液会生成Ag₂CrO₄沉淀，Ag₂CrO₄在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示． 该温度下．下列说法正确的是AD．
A．Ag₂CrO₄的溶度积常数（K_sp）为1×10^-8
B．含有大量CrO₄^2- 的溶液中一定不存在Ag⁺
C．a点表示Ag₂CrO₄的不饱和溶液，蒸发可以使溶液由a点变到b点
D.0.02mol•L^-1的AgNO₃溶液与0.02mol•L^-1的Na₂CrO₄溶液等体积混合会生成沉淀
（5）若常温下K_sp[Cr（OH）₃]=10^-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol•L^-1，溶液的pH应调至5．

Answer 1

分析 （I）．A、B、C、D、E五种元素均是短周期主族元素，且原子序数依次增大．B、E原子的最外层电子数均为其电子层数的2倍，分别处于第二、第三周期，则B为C元素、E为S元素；D、E元素原子的最外层电子数相等，二者同主族，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素；A的原子半径最小，则A为H元素；
X、Y、Z、W、G、甲、乙七种物质均由上述元素中的两种或三种元素组成，元素B形成的单质M为碳，与甲、乙浓溶液均能反应（相对分子质量：甲＜乙），可推知：甲为HNO₃、乙为H₂SO₄，甲与M反应生成X、Y、Z，乙与M反应生成Y、Z、W，则X为NO₂，W为SO₂，Y、Z分别为H₂O、CO₂中的一种，X、Y、W均能与Z反应，则：Y为CO₂，Z为H₂O．
（1）NO₂和O₂按4：1充满试管后将其倒立于水槽中，发生反应4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃，溶液体积等于混合气体的体积，令混合气体体积为5L，计算生成硝酸的物质的量，进而计算所得硝酸的浓度；
（2）若将NO₂、SO₂、O₂按4：4：3通入H₂O中充分反应，根据电子转移守恒可知，反应生成硝酸、硫酸；
（3）G是一种既能与强酸又能与强碱反应的酸式盐，G由上述元素中的两种或三种元素组成，则G为NH₄HS，取0.2mol/L的NaOH溶液与0.1mol/L的NH₄HS溶液等体积混合后，二者物质的量之比为2：1，加热至充分反应生成Na₂S、氨气与水，待恢复至室温剩余溶液为Na₂S溶液，溶液中S^2-水解，溶液呈碱性，水的电离与产生氢氧根离子，故c（OH^-）＞c（HS^-），溶液中氢离子浓度最小，溶液中氢氧根离子原因水的电离、S^2-水解、HS^-的水解，溶液中c（OH^-）＞c（HS^-）；
此时测得溶液的PH=12，c（H⁺）=10^-12mol/L，c（OH^-）=10^-2mol/L，由于S^2-+H₂O?OH^-+HS^-，溶液中氢氧根离子源于硫离子水解及水的电离，故溶液中c（HS^-）=10^-2mol/L-10^-12mol/L≈10^-2mol/L，溶液中c（S^2-）=0.1mol/L×$\frac{1}{2}$-10^-2mol/L=0.04molL，由HS^-?S^2-+H⁺，可知其电离常数Ka=$\frac{c（{S}^{2-}）×c（{H}^{+}）}{c（H{S}^{-}）}$，代入数据计算；
（Ⅱ）（4）A．Ag₂CrO₄的溶度积常数K_sp=c²（Ag⁺）×c（CrO₄^2-），结合b点离子浓度计算；
B．Ag₂CrO₄存在溶解平衡；
C．a点离子浓度积大于K_sp，为过饱和溶液，有晶体析出；
D．计算混合后未反应时c²（Ag⁺）×c（CrO₄^2-），与Ksp相比较进行判断；
（5）根据K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）计算溶液中c（OH^-），再根据Kw=c（（H⁺）•c（OH^-），计算溶液中c（H⁺），再根据pH=-lg（H⁺）计算．

解答 解：（I）．A、B、C、D、E五种元素均是短周期主族元素，且原子序数依次增大．B、E原子的最外层电子数均为其电子层数的2倍，分别处于第二、第三周期，则B为C元素、E为S元素；D、E元素原子的最外层电子数相等，二者同主族，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素；A的原子半径最小，则A为H元素；
X、Y、Z、W、G、甲、乙七种物质均由上述元素中的两种或三种元素组成，元素B形成的单质M为碳，与甲、乙浓溶液均能反应（相对分子质量：甲＜乙），可推知：甲为HNO₃、乙为H₂SO₄，甲与M反应生成X、Y、Z，乙与M反应生成Y、Z、W，则X为NO₂，W为SO₂，Y、Z分别为H₂O、CO₂中的一种，X、Y、W均能与Z反应，则：Y为CO₂，Z为H₂O．
（1）（1）NO₂和O₂按4：1充满试管后将其倒立于水槽中，发生反应4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃，溶液体积等于混合气体的体积，令混合气体体积为5L，则硝酸的物质的量=$\frac{4L}{22.4L/mol}$=$\frac{1}{5.6}$mol，故所得溶液的物质的量浓度=$\frac{\frac{1}{5.6}mol}{5L}$=$\frac{1}{28}$mol/L，
故答案为：$\frac{1}{28}$mol/L；
（2）若将NO₂、SO₂、O₂按4：4：3通入H₂O中充分反应，根据电子转移守恒可知，反应生成硝酸、硫酸，反应总的离子方程式为：4NO₂+4SO₂+3O₂+6H₂O═4NO₃^-+4SO₄^2-+12H⁺，
故答案为：4NO₂+4SO₂+3O₂+6H₂O═4NO₃^-+4SO₄^2-+12H⁺；
（3）G是一种既能与强酸又能与强碱反应的酸式盐，G由上述元素中的两种或三种元素组成，则G为NH₄HS；
取0.2mol/L的NaOH溶液与0.1mol/L的NH₄HS溶液等体积混合后，二者物质的量之比为2：1，加热至充分反应生成Na₂S、氨气与水，待恢复至室温剩余溶液为Na₂S溶液，溶液中S^2-水解，溶液呈碱性，水的电离与产生氢氧根离子，故c（OH^-）＞c（HS^-），溶液中氢离子浓度最小，故溶液中c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；
此时测得溶液的PH=12，c（H⁺）=10^-12mol/L，c（OH^-）=10^-2mol/L，由于S^2-+H₂O?OH^-+HS^-，溶液中氢氧根离子源于硫离子水解及水的电离，故溶液中c（HS^-）=10^-2mol/L-10^-12mol/L≈10^-2mol/L，溶液中c（S^2-）=0.1mol/L×$\frac{1}{2}$-10^-2mol/L=0.04molL，由HS^-?S^2-+H⁺，可知其电离常数Ka=$\frac{c（{S}^{2-}）×c（{H}^{+}）}{c（H{S}^{-}）}$=$\frac{0.04×1{0}^{-12}}{1{0}^{-2}}$=4×10^-12，
故答案为：NH₄HS；c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；4×10^-12；
（Ⅱ）（4）A．由b点离子浓度可知，Ag₂CrO₄的溶度积常数K_sp=c²（Ag⁺）×c（CrO₄^2-）=（2×10^-3）²×2.5×10^-3=1×10^-8，故A正确；Ksp
B．Ag₂CrO₄存在溶解平衡，Ag⁺和CrO₄^2-同时存在，故B错误；
C．a点离子浓度积c²（Ag⁺）×c（CrO₄^2-）＞1×10^-8，为过饱和溶液，有晶体析出，故C错误；
D.0.02mol•L^-1的AgNO₃溶液与0.02mol•L^-1的Na₂CrO₄溶液等体积混合，混合后未反应时c²（Ag⁺）×c（CrO₄^2-）=（0.01）²×0.01=1×10^-6＞1×10^-8，有晶体析出，故D正确，
故选：AD；
（5）要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol•L^-1，根据K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=10^-32，则溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-32}}{1{0}^{5}}}$mol/L=10^-9mol/L，根据Kw=c（（H⁺）•c（OH^-）可知溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}$mol/L=10^-5mol/L，此时溶液pH=-lg（H⁺）=5，故溶液的pH应调至5，
故答案为：5．

点评 本题属于拼合型题目，涉及元素化合物推断、溶度积的有关计算等，I中元素及物质的推断为解答本题的关键，需要学生熟练掌握元素化合物知识，（3）中计算为易错点，不能认为氢氧根与硫氢根离子浓度相等，注意忽略计算，难度中等．