Question

Ⅰ：元素X、Y、Z、E、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大．已知Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3：4，M元素與 Y元素能形成化合物MY₂和化合物MY₃，化合物MY₂中兩種元素質(zhì)量分數(shù)相同；N^-、Z⁺、X⁺的半徑逐漸減�。换�合物XN在常溫下為氣體，E、Z、N的最高價氧化物的水化物兩兩能反應(yīng)，回答下列問題：
（1）寫出Z最高價氧化物的水化物的電子式

 

．
（2）兩個體積相等的恒容容器，甲容器通入1mol MY₂和1mol Y₂單質(zhì)，乙容器通入1mol MY₃和0.5mol Y₂單質(zhì)，發(fā)生反應(yīng)：2MY₂（g）+Y₂（g）?2MY₃（g）△H＜0，甲、乙起始反應(yīng)溫度相同，兩容器均和外界無熱量交換，平衡時，甲中MY₂的轉(zhuǎn)化率為a，乙中MY₃的分解率為b，則
①a、b的關(guān)系為a+b

 

1（填“＜”、“＞”或“=”）．
②該條件下容器甲反應(yīng)達平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填序號）

 

．
A．v_正（Y₂）=2v_逆（MY₃）       B．混合氣體的密度不變
C．c（MY₂）=c（MY₃）         D．混合氣體的總物質(zhì)的量不變
E、容器內(nèi)溫度不變            F、MY₂和Y₂的質(zhì)量比不變
（3）2.7克單質(zhì)E與100ml 2mol/L Z的最高價氧化物的水化物充分反應(yīng)，向反應(yīng)后的溶液中滴入2mol/L XN的溶液V ml，當溶液中產(chǎn)生3.9克沉淀時，求此時V的值

 

（寫出計算過程）
Ⅱ：（4）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-ckJ?mol^-1
則CH₃OH（I）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=

 

kJ?mol^-1
（5）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機電池，可使手機連續(xù)使用一個月才充一次電．
①該電池負極的電極反應(yīng)式為

 

②若以該電池為電源，用石墨做電極電解200mL含有如下離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol?L-1	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象）陽極上發(fā)生的電極反應(yīng)

 

．

Answer 1

考點：位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理

專題：化學反應(yīng)中的能量變化,元素周期律與元素周期表專題,電化學專題

分析：Ⅰ．元素X、Y、Z、E、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大．Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3：4，可推知Y為O元素；M元素與Y元素能形成化合物MY₂和化合物MY₃，化合物MY₂中兩種元素質(zhì)量分數(shù)相同，則M為S元素；N^-、Z⁺、X⁺的半徑逐漸減小，可知X、Z處于ⅠA族，N處于ⅦA族，結(jié)合原子序數(shù)可知，Z為Na、N為Cl，化合物XN在常溫下為氣體，則X為H元素；E、Z、N的最高價氧化物的水化物兩兩能反應(yīng)，應(yīng)是氫氧化鋁與強酸、強堿反應(yīng)，故E為Al，
（1）Z最高價氧化物的水化物為NaOH，由鈉離子與氫氧根離子構(gòu)成；
（2）發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0，
①恒溫恒容下，甲容器通入1mol SO₂和1mol O₂單質(zhì)，乙容器通入1molSO ₃和0.5mol O₂單質(zhì)，二者得到相同的平衡狀態(tài)，平衡時，甲中SO₂的轉(zhuǎn)化率與乙中SO₃的分解率之和為1，但甲、乙起始反應(yīng)溫度相同，兩容器均和外界無熱量交換，甲中為溫度升高，乙中溫度降低，乙中所到達的平衡可以等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，三氧化硫的分解率比與甲中等溫度到達平衡的分解率低，據(jù)此判斷；
②當可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、含量不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，注意選擇的物理量應(yīng)由變化到不再變化，說明到達平衡；
（3）2.7克Al的物質(zhì)的量為0.1mol，100ml 2mol/L NaOH溶液中n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，由方程式可知0.1molAl完全反應(yīng)消耗0.1molNaOH，故剩余0.1molNaOH，生成0.1molNaAlO₂，向反應(yīng)后的溶液中滴入2mol/L HCl的溶液，當溶液中產(chǎn)生3.9克沉淀為氫氧化鋁的質(zhì)量，若溶液中Al元素全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁，則氫氧化鋁的質(zhì)量=0.1mol×78g/mol=7.8g＞3.9g，故Al元素沒有全部沉淀，有兩種情況：一是鹽酸不足，只有部分偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化氫氧化鋁沉淀，二是鹽酸過量，偏鋁酸鈉完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀后，部分氫氧化鋁溶解，結(jié)合方程式計算；
Ⅱ．（4）根據(jù)蓋斯定律計算；
（5）①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水；
②開始陽極為Cl^-，陰極為Cu²⁺放電，電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體，說明陰極Cu²⁺完全放電后，H⁺發(fā)生放電，而溶液中H⁺濃度與Cl^-濃度，由2Cl^--2e^-=Cl₂↑，Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，Cl^-放電完畢時，H⁺沒有完全放電，及氫氣體積小于氯氣體積，要使兩極得到氣體體積相等，則陽極一定有氫氧根離子放電．

解答： 解：Ⅰ．元素X、Y、Z、E、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大．Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3：4，可推知Y為O元素；M元素與Y元素能形成化合物MY₂和化合物MY₃，化合物MY₂中兩種元素質(zhì)量分數(shù)相同，則M為S元素；N^-、Z⁺、X⁺的半徑逐漸減小，可知X、Z處于ⅠA族，N處于ⅦA族，結(jié)合原子序數(shù)可知，Z為Na、N為Cl，化合物XN在常溫下為氣體，則X為H元素；E、Z、N的最高價氧化物的水化物兩兩能反應(yīng)，應(yīng)是氫氧化鋁與強酸、強堿反應(yīng)，故E為Al，
（1）Z最高價氧化物的水化物為NaOH，由鈉離子與氫氧根離子構(gòu)成，其電子式為：，
故答案為：；
（2）發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0，
①恒溫恒容下，甲容器通入1mol SO₂和1mol O₂單質(zhì)，乙容器通入1molSO ₃和0.5mol O₂單質(zhì)，二者得到相同的平衡狀態(tài)，平衡時，甲中SO₂的轉(zhuǎn)化率與乙中SO₃的分解率之和為1，但甲、乙起始反應(yīng)溫度相同，兩容器均和外界無熱量交換，甲中為溫度升高，乙中溫度降低，乙中所到達的平衡可以等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，三氧化硫的分解率比與甲中等溫度到達平衡的分解率低，若平衡時，甲中MY₂的轉(zhuǎn)化率為a，乙中MY₃的分解率為b，則：a+b＜1，
故答案為：＜；
②A．v_正（Y₂）=2v_逆（MY₃），速率之比不等于化學計量數(shù)之比，反應(yīng)為到達平衡，故A錯誤；
B．恒容條件下，混合氣體的密度始終不變，故B錯誤；
C．平衡時二氧化硫與三氧化硫的濃度與轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時二者濃度不一定相等，故C錯誤；
D．隨反應(yīng)進行總物質(zhì)的量減小，混合氣體的總物質(zhì)的量不變，說明到達平衡，故D正確；
E．絕熱條件下，甲容器內(nèi)溫度升高，容器內(nèi)溫度不變，說明到達平衡，故E正確；
F．SO₂和O₂的起始物質(zhì)的量之比不等于化學計量數(shù)之比，二者質(zhì)量比隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，故二者質(zhì)量比不變，說明到達平衡狀態(tài)，故F正確，
故答案為：DEF；
（3）2.7克Al的物質(zhì)的量為0.1mol，100ml 2mol/L NaOH溶液中n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，由方程式可知0.1molAl完全反應(yīng)消耗0.1molNaOH，故剩余0.1molNaOH，生成0.1molNaAlO₂，向反應(yīng)后的溶液中滴入2mol/L HCl的溶液，當溶液中產(chǎn)生3.9克沉淀為氫氧化鋁的質(zhì)量，若溶液中Al元素全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁，則氫氧化鋁的質(zhì)量=0.1mol×78g/mol=7.8g＞3.9g，故Al元素沒有全部沉淀，有兩種情況：一是鹽酸不足，只有部分偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化氫氧化鋁沉淀，二是鹽酸過量，偏鋁酸鈉完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀后，部分氫氧化鋁溶解，
3.9g氫氧化鋁的物質(zhì)的量=

3.9g

78g/mol

=0.05mol，
①鹽酸不足，只有部分偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化氫氧化鋁沉淀，則：
    NaOH+HCl=NaCl+H₂O
0.1mol  0.1mol
NaAlO₂+HCl+H₂O=Al（OH）₃↓+NaCl，
      0.05mol   0.05mol
故HCl總物質(zhì)的量=0.1mol+0.05mol=0.15mol，消耗鹽酸的體積=

0.15mol

2mol/L

=0.075L=75mL；
②鹽酸過量，偏鋁酸鈉完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀后，部分氫氧化鋁溶解，則：
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
0.1mol  0.1mol
NaAlO₂+HCl+H₂O=Al（OH）₃↓+NaCl，
0.1mol 0.1mol  0.1mol
       Al（OH）₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O
（0.1-0.05）mol  3×（0.1-0.05）mol
故HCl總物質(zhì)的量=0.1mol+0.1mol+3×（0.1-0.05）mol=0.35mol，消耗鹽酸的體積=

0.35mol

2mol/L

=0.175L=175mL，
故答案為：75mL或175mL；
Ⅱ．（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-ckJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，

1

2

[①-②]+2×③得CH₃OH（I）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），則△H=

1

2

×[（-akJ?mol^-1）-（-bkJ?mol^-1）]+2×（-ckJ?mol^-1）=（0.5b-0.5a-2c）kJ?mol^-1，
故答案為：（0.5b-0.5a-2c）kJ?mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律計算；
（5）①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8 OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②開始陽極為Cl^-，陰極為Cu²⁺放電，電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體，說明陰極Cu²⁺完全放電后，H⁺發(fā)生放電，而溶液中H⁺濃度與Cl^-濃度，由2Cl^--2e^-=Cl₂↑，Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，Cl^-放電完畢時，H⁺沒有完全放電，氫氣體積小于氯氣體積，要使兩極得到氣體體積相等，此時會電解水，則陽極一定有氫氧根離子放電，此時陽極電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

點評：本題綜合較大，涉及結(jié)構(gòu)性質(zhì)位置關(guān)系應(yīng)用、化學平衡、化學方程式計算、反應(yīng)熱計算、原電池、電解原理，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．