Question

X、Y、Z為原子序數由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態氫化物分子具有相同的電子數；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）寫出XY₂分子的電子式

．
（2）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

．
工業制造W的生產過程主要分為三個階段．
①在 101kPa時，3.2g Z的固體單質完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，寫出能夠表示該固體單質燃燒熱的熱化學方程式

S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ?mol^-1；

．
②在接觸氧化階段，為提高ZY₂的轉化率，從理論上判斷，應選擇的條件是低溫和高壓．從下表給出不同溫度、壓強下ZY₂平衡轉化率的實驗數據進行分析，結合工業生產的實際，應選擇的適合的溫度和壓強是

B

（選填字母）．
A．400℃～500℃10MPa
B．400℃～500℃1MPa
C．500℃～500℃10MPa
D．400℃～500℃0.1MPa

壓強/MPa 轉化率/% 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
（3）已知X與XY都是工業上常用的還原劑．
①寫出X單質與W的濃溶液反應的化學方程式

C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

．
②500℃，11.2L（標準狀況）ZY₂在催化劑作用下與XY發生化學反應．若有2×6.02×10²³個電子轉移時，該反應的化學方程式是

SO₂+2CO

催化劑 .

△

S+2CO₂

．

Answer 1

分析：X、Y、Z為原子序數由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態氫化物分子具有相同的電子數，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）二氧化碳分子中碳原子與氧原子之間形成2對共用電子對．
（2）Z的最高價氧化物對應水化物W是硫酸（H₂SO₄）．
①在101kPa時，3.2g硫的物質的量為0.1mol，0.1mol硫單質完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，所以1mol硫單質完全燃燒可放出297kJ的熱量，據此書寫單質燃燒熱的熱化學方程式．注意書寫熱化學反應方程式，可燃物的物質的量為1mol．
②增大壓強后，SO₂的平衡轉化率提高得并不多，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，催化劑的活性（反應速率）和SO₂的平衡轉化率都比較理想．
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品．
（3）①碳與濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫、水．據此書寫方程式．
②11.2L（標準狀況）SO₂的物質的量0.5mol，催化劑作用下與CO發生化學反應，有2×6.02×10²³個電子轉移時，根據電子轉移守恒可知硫元素被還原到硫單質．

解答：解：X、Y、Z為原子序數由小到大排列的三種短周期元素．已知：X、Y的氣態氫化物分子具有相同的電子數，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）二氧化碳分子中碳原子與氧原子之間形成2對共用電子對，電子式為．
故答案為：．
（2）Z的最高價氧化物對應水化物W是硫酸化學式為H₂SO₄．
①在101kPa時，3.2g硫的物質的量為0.1mol，0.1mol硫單質完全燃燒可放出29.7kJ的熱量，所以1mol硫單質完全燃燒可放出297kJ的熱量，硫單質燃燒熱的熱化學方程式S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ?mol^-1；
②增大壓強后，SO₂的平衡轉化率提高得并不多，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，催化劑的活性（反應速率）和SO₂的平衡轉化率都比較理想．故選擇400℃～500℃，1MPa大氣壓．故選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品．故選C．
故答案為：H₂SO₄；S（s）+O₂（g）=SO₂（g）；△H=-297kJ?mol^-1；B；C．
（3）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）

△   .

 CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

 CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
②11.2L（標準狀況）SO₂的物質的量0.5mol，催化劑作用下與CO發生化學反應，有2×6.02×10²³個電子轉移時，令硫元素在還原產物中的化合價為x，則0.5（4-x）=2，解得x=0，所以硫元素被還原為硫單質，反應方程式為SO₂+2CO

催化劑 .

△

 S+2CO₂．
故答案為：SO₂+2CO

催化劑 .

△

 S+2CO₂．

點評：以元素推斷為載體，考查性質與物質關系、電子式、熱化學反應方程式、氧化還原反應、化學工業制備硫酸等，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．