Question

X、Y、Z三種短周期元素，它們的原子序數(shù)之和為16．X、Y、Z三種元素的常見單質(zhì)在常溫下都是無色氣體，在適當(dāng)條件下可發(fā)生如圖1變化：一個(gè)B分子中含有的Z原子個(gè)數(shù)比C分子中少1個(gè)，B、C兩種分子中的電子數(shù)均等于10．請(qǐng)回答下列問題：

（1）X元素在周期表中的位置是

 

周期，

 

族．
（2）分析同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)B、C物質(zhì)沸點(diǎn)反常，這是因?yàn)樗鼈?!--BA-->

 

．
（3）C的電子式是

 

； Z單質(zhì)與Y單質(zhì)在固體催化劑表面合成C的反應(yīng)過程，示意如圖2．
圖①至⑤中表示在催化劑表面Z單質(zhì)與Y單質(zhì)中化學(xué)鍵斷裂是

 

．
（4）在一定條件下，1L密閉容器中充入1mol Y單質(zhì)和3mol Z單質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過20min達(dá)到平衡時(shí)，Y單質(zhì)的物質(zhì)的量為0.8mol，用題中所給數(shù)據(jù)列出平衡常數(shù)表達(dá)式（不必計(jì)算結(jié)果），K=

 

；用物質(zhì)C表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率為

 

．
（5）為幵發(fā)新能源，有關(guān)部門擬用甲醇（CH₃OH）替代汽油作為公交車的燃料．寫出由CO和Z單質(zhì)在一定條件下生成甲醇的化學(xué)方程式

 

．用該反應(yīng)合成1mol液態(tài)甲醇吸收熱量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
請(qǐng)寫出表達(dá)液態(tài)甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

分析：短周期中形成無色氣體單質(zhì)的只有H₂、N₂、O₂（稀有氣體除外），B、C兩種分子中的電子數(shù)均等于10，則B、C為H₂O、NH₃的一種，且一個(gè)B分子中含有的Z原子個(gè)數(shù)比C分子中少1個(gè)，B為H₂O，C為NH₃，由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，Z為氫，故A為NO，X為氧，Y為氮，
（1）O元素的質(zhì)子數(shù)為8，位于第2周期VIA族；
（2）根據(jù)氫鍵對(duì)物質(zhì)的沸點(diǎn)的影響來分析；
（3）由上面分析可知，C為NH₃，是共價(jià)化合物，根據(jù)電子式書寫規(guī)則寫；根據(jù)圖中的微粒分析；
（4）利用三段式求出平衡時(shí)的濃度，然后求出K，根據(jù)氨氣的濃度變化求出其速率；
（5）根據(jù)元素守恒和原子守恒書寫化學(xué)方程式；根據(jù)已知熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律計(jì)算．

解答：解：短周期中形成無色氣體單質(zhì)的只有H₂、N₂、O₂（稀有氣體除外），B、C兩種分子中的電子數(shù)均等于10，則B、C為H₂O、NH₃的一種，且一個(gè)B分子中含有的Z原子個(gè)數(shù)比C分子中少1個(gè)，B為H₂O，C為NH₃，由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，Z為氫，故A為NO，X為氧，Y為氮，
（1）O元素的質(zhì)子數(shù)為8，位于第二周期VIA族，故答案為：二；VIA；
（2）氧元素、氟元素電負(fù)性很強(qiáng)，水分子之間、氨氣分子之間存在氫鍵，故它們的沸點(diǎn)高于同主族其它元素氫化物，故答案為：分子之間存在氫鍵；
（3）由上面分析可知，C為NH₃，是共價(jià)化合物，則其電子式為：；由圖可知③中全部為單個(gè)原子，所以圖①至⑤中表示在催化劑表面Z單質(zhì)與Y單質(zhì)中化學(xué)鍵斷裂是③，故答案為：；③；
（4）20min時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡，N₂的物質(zhì)的量濃度為0.8mol/L，設(shè)參加反應(yīng)的N₂的物質(zhì)的量為xmol/L，
                   N₂ +3H₂ ?2NH₃
初始濃度（mol/L）：1      3      0
變化濃度（mol/L）：x     3x      2x
平衡濃度（mol/L）：1-x   3-3x     2x
則1-x=0.8mol/L，所以x=0.2mol/L，所以平衡時(shí)的濃度分別為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），
故答案為：

0．42

0.8×2．42

； 0.02 mol/（L?min）；
（5）根據(jù)題意由CO和H₂生產(chǎn)甲醇，則其化學(xué)方程式為CO+2H₂=CH₃OH；
根據(jù)液態(tài)甲醇燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，化學(xué)方程式為：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
蓋斯定律根據(jù)得：④=

1

2

×②-①+2×③
則△H=

1

2

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

3

2

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

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，速率、平衡常數(shù)的計(jì)算，元素的推斷，電子式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用等，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，題目綜合性強(qiáng)，難度較大．