Question

12．元素X、Y、Z、E、M、N均為短周期主族元素，且原子序數依次增大．已知Y元素原子最外層電子數與核外電子總數之比為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中兩種元素質量分數相同；N^-、Z⁺、X⁺的半徑逐漸減��；化合物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，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，乙容器通入1mol MY₃和0.5mol Y₂單質，發(fā)生反應：2MY₂ （g）+Y₂（g）?2MY₃（g）△H＜0，甲、乙起始反應溫度相同，兩容器均和外界無熱量交換，平衡時，甲中MY₂的轉化率為a，乙中MY₃的分解率為b，則
①a、b的關系為a+b＜1（填“＜”、“＞”或“=”）．
②該條件下容器甲反應達平衡狀態(tài)的依據是（填序號）DEF；
A．v_正（Y₂）=2v_逆（MY₃）
B．混合氣體的密度不變
C．c（MY₂）=c（MY₃）
D．混合氣體的總物質的量不變
E．容器內溫度不變
F．MY₂和Y₂的質量比不變
（3）2.7克單質E與100ml 2mol/L Z的最高價氧化物的水化物充分反應，向反應后的溶液中滴入2mol/L XN的溶液V mL，當溶液中產生3.9克沉淀時，求此時V的值75或175．

Answer 1

分析 元素X、Y、Z、E、M、N均為短周期主族元素，且原子序數依次增大．Y元素原子最外層電子數與核外電子總數之比為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中兩種元素質量分數相同，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，結合原子序數可知，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，應是氫氧化鋁與強酸、強堿反應，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成；
（2）發(fā)生反應：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，乙容器通入1molSO ₃和0.5mol O₂單質，二者得到相同的平衡狀態(tài)，平衡時，甲中SO₂的轉化率與乙中SO₃的分解率之和為1，但甲、乙起始反應溫度相同，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，據此判斷；
②當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、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由變化到不再變化，說明到達平衡；
（3）2.7克Al的物質的量為0.1mol，100ml 2mol/L NaOH溶液中n（NaOH）=0.1L×2mol/L=0.2mol，二者發(fā)生反應：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，由方程式可知0.1molAl完全反應消耗0.1molNaOH，故剩余0.1molNaOH，生成0.1molNaAlO₂，向反應后的溶液中滴入2mol/L HCl的溶液，當溶液中產生3.9克沉淀為氫氧化鋁的質量，若溶液中Al元素全部轉化為氫氧化鋁，則氫氧化鋁的質量=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化氫氧化鋁沉淀，二是鹽酸過量，偏鋁酸鈉完全轉化為氫氧化鋁沉淀后，部分氫氧化鋁溶解，結合方程式計算．

解答 解：Ⅰ．元素X、Y、Z、E、M、N均為短周期主族元素，且原子序數依次增大．Y元素原子最外層電子數與核外電子總數之比為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中兩種元素質量分數相同，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，結合原子序數可知，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，應是氫氧化鋁與強酸、強堿反應，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成，其電子式為：，
故答案為：；
（2）發(fā)生反應：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，乙容器通入1molSO ₃和0.5mol O₂單質，二者得到相同的平衡狀態(tài)，平衡時，甲中SO₂的轉化率與乙中SO₃的分解率之和為1，但甲、乙起始反應溫度相同，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之比，反應為到達平衡，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化率有關，平衡時二者濃度不一定相等，故C錯誤；
D．隨反應進行總物質的量減小，混合氣體的總物質的量不變，說明到達平衡，故D正確；
E．絕熱條件下，甲容器內溫度升高，容器內溫度不變，說明到達平衡，故E正確；
F．SO₂和O₂的起始物質的量之比不等于化學計量數之比，二者質量比隨反應進行發(fā)生變化，故二者質量比不變，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：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，由方程式可知0.1molAl完全反應消耗0.1molNaOH，故剩余0.1molNaOH，生成0.1molNaAlO₂，向反應后的溶液中滴入2mol/L HCl的溶液，當溶液中產生3.9克沉淀為氫氧化鋁的質量，若溶液中Al元素全部轉化為氫氧化鋁，則氫氧化鋁的質量=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化氫氧化鋁沉淀，二是鹽酸過量，偏鋁酸鈉完全轉化為氫氧化鋁沉淀后，部分氫氧化鋁溶解，
3.9g氫氧化鋁的物質的量=$\frac{3.9g}{78g/mol}$=0.05mol，
①鹽酸不足，只有部分偏鋁酸鈉轉化氫氧化鋁沉淀，則：
    NaOH+HCl=NaCl+H₂O
 0.1mol   0.1mol
NaAlO₂ +HCl+H₂O=Al（OH）₃↓+NaCl，
      0.05mol       0.05mol
故HCl總物質的量=0.1mol+0.05mol=0.15mol，消耗鹽酸的體積=$\frac{0.15mol}{2mol/L}$=0.075L=75mL；
②鹽酸過量，偏鋁酸鈉完全轉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總物質的量=0.1mol+0.1mol+3×（0.1-0.05）mol=0.35mol，消耗鹽酸的體積=$\frac{0.35mol}{2mol/L}$=0.175L=175mL，
故答案為：75或175．

點評 本題綜合較強，涉及結構性質位置關系應用、化學平衡、化學方程式計算，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．