Question

6．X、Y、Z為原子序數(shù)由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態(tài)氫化物分子具有相同的電數(shù)；Y與Z同主族；XY₂是非極性分子，其晶體可用作人工降雨．請回答：
（1）Z的最高價氧化物對應水化物W是重要的化工原料．W的化學式為H₂SO₄；工業(yè)制造W的生產(chǎn)過程主要分為三個階段．
①101kPa時，3.2g Z的固體單質(zhì)完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，寫出能夠表示該固體單質(zhì)燃燒熱的熱化學方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297kJ/mol；
②在接觸氧化階段，為提高ZY₂的轉(zhuǎn)化率，從理論上判斷，應選擇的條件是低溫和高壓．從表給出不同溫度、壓強下ZY₂平衡轉(zhuǎn)化率的實驗數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際，應選擇適合的溫度和壓強是（選填字母）B；
A．400℃～500℃10MPa         B．400℃～500℃1MPa
C．500℃～500℃10MPa         D．400℃～500℃0.1MPa

壓強/MPa 轉(zhuǎn)化率/% 溫度/℃	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在吸收階段，為盡可能提高ZY₃的吸收效率，工業(yè)上選擇的吸收劑是（選填字母）C．
A．水      B．0.5mol/L的硫酸       C．98.3%的硫酸       D．濃氨水
（2）已知X與XY都是工業(yè)上常用的還原劑．
①寫出X單質(zhì)與W的濃溶液反應的化學方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②500℃，11.2L（標準狀況）ZY₂在催化劑作用下與XY發(fā)生化學反應．若有2×6.02×10²³個電子轉(zhuǎn)移時，該反應的化學方程式是SO₂+2CO$\frac{\underline{催化劑}}{△}$S+2CO₂．

Answer 1

分析 X、Y、Z為原子序數(shù)由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態(tài)氫化物分子具有相同的電子數(shù)，XY₂是非極性分子，其晶體可用作人工降雨，則是CO₂，故X為碳元素，Y為氧元素；Y與Z同主族；則Z為硫元素．
（1）Z的最高價氧化物對應水化物W是硫酸（H₂SO₄）．
①在101kPa時，3.2g硫的物質(zhì)的量為0.1mol，0.1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，所以1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出297kJ的熱量，據(jù)此書寫單質(zhì)燃燒熱的熱化學方程式．注意書寫熱化學反應方程式，可燃物的物質(zhì)的量為1mol．
②增大壓強后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對設備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．
400℃～500℃作為操作溫度，因為在這個溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想．
③由于反應SO₃+H₂O=H₂SO₄是一個放熱反應，如果用水或稀硫酸吸收SO₃，放出的熱量會使溶液形成大量的酸霧，不利于SO₃的吸收，所以工業(yè)上用98.3%的濃硫酸吸收SO₃，然后在水或稀硫酸中稀釋濃硫酸，制得各種濃度的硫酸產(chǎn)品．
（2）①碳與濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫、水．據(jù)此書寫方程式．
②11.2L（標準狀況）SO₂的物質(zhì)的量0.5mol，催化劑作用下與CO發(fā)生化學反應，有2×6.02×10²³個電子轉(zhuǎn)移時，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知硫元素被還原到硫單質(zhì)．

解答 解：X、Y、Z為原子序數(shù)由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態(tài)氫化物分子具有相同的電子數(shù)，XY₂是非極性分子，其晶體可用作人工降雨，則是CO₂，故X為碳元素，Y為氧元素；Y與Z同主族；則Z為硫元素．
（1）Z的最高價氧化物對應水化物W是硫酸化學式為H₂SO₄．故答案為：H₂SO₄；
①在101kPa時，3.2g硫的物質(zhì)的量為0.1mol，0.1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，所以1mol硫單質(zhì)完全燃燒可放出297kJ的熱量，硫單質(zhì)燃燒熱的熱化學方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ•mol^-1，
故答案為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ/mol；
②增大壓強后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對設備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．400℃～500℃作為操作溫度，因為在這個溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想．故選擇400℃～500℃，1MPa大氣壓．故答案為：B；
③由于反應SO₃+H₂O=H₂SO₄是一個放熱反應，如果用水或稀硫酸吸收SO₃，放出的熱量會使溶液形成大量的酸霧，不利于SO₃的吸收，所以工業(yè)上用98.3%的濃硫酸吸收SO₃，然后在水或稀硫酸中稀釋濃硫酸，制得各種濃度的硫酸產(chǎn)品．故答案為：C；
（2）①碳與濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫、水，反應方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②11.2L（標準狀況）SO₂的物質(zhì)的量0.5mol，催化劑作用下與CO發(fā)生化學反應，有2×6.02×10²³個電子轉(zhuǎn)移時，令硫元素在還原產(chǎn)物中的化合價為x，則0.5（4-x）=2，解得x=0，所以硫元素被還原為硫單質(zhì)，反應方程式為SO₂+2CO$\frac{\underline{催化劑}}{△}$ S+2CO₂．故答案為：SO₂+2CO$\frac{\underline{催化劑}}{△}$S+2CO₂．

點評 以元素推斷為載體，考查性質(zhì)與物質(zhì)關系、電子式、熱化學反應方程式、氧化還原反應、化學工業(yè)制備硫酸等，難度中等，推斷元素是關鍵，是對所學知識的綜合運用與學生能力考查．注意基礎知識的掌握與靈活運用．