Question

18．已知短周期中相邻元素X、Y、Z、W，其原子序数依次增大，其中X、Y、Z三种元素的质子数之和为21，X、Y、Z同周期且相邻，Z与W同族．
（1）W在周期表中的位置是第三周期VIA族．用原子结构理论解释Z的非金属性强于W的原因O、S同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱．
（2）恒温恒容下，在一密闭容器中，发生可逆反应Y₂（g）+3H₂（g）?2YH₃（g）．
下列各项能说明该反应已达平衡状态的是：②④．
①容器内N₂，H₂，NH₃三者共存  
②容器内压强不随时间变化而变化
③容器内密度不再发生变化      
④容器内气体平均摩尔质量不随时间的变化而变化
恒温恒容下，2molH₂与2molY的单质反应，达到平衡时，Y的单质为1.8mol，H₂的转化率为30%；若该反应在恒温恒压条件下进行（其它条件相同），反应达到平衡时，H₂的转化率比上述条件下的转化率大（填“大”、“小”或“相同”）．
（3）有一种Y元素的液态氢化合物乙，1分子中含有18个电子，是“神舟七号”飞船发射时使用的高能燃料之一．已知：12.8g 液态乙完全燃烧生成Y₂和液态H₂O时放出热量248.5kJ．请写出该反应的热化学方程式：N₂H₄（g）+O₂（l）?N₂（g）+2H₂O（l）△H=-621.25 kJ•mol^-1．
（4）燃煤过程产生的WZ₂是形成酸雨的气体之一，为了减少它对环境的污染，往往在燃煤中加入石灰石，该反应的化学方程式：2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂．

Answer 1

分析 短周期中相邻元素X、Y、Z、W，其原子序数依次增大，X、Y、Z同周期且相邻，X、Y、Z三种元素的质子数之和为21，可推知X为C元素、Y为N元素、Z为O元素；Z与W同族，则W为S元素．
（1）同一主族从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱；
（2）发生可逆反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．
①反应开始后容器内N₂、H₂、NH₃三者共存；
②恒温恒容下，而随反应进行混合气体总物质的量减小，容器内压强减小，容器内压强不随时间变化而变化说明到达平衡；
③混合气体总质量不变，容器容积不变，密度始终不变；
④容器内气体总质量不变，随反应进行总物质的量减小，平均摩尔质量增大，平均摩尔质量不随时间的变化而变化，说明反应到达平衡；
达到平衡时，N₂的单质为1.8mol，则参加反应的N₂为2mol-1.8mol=0.2mol，由方程式开始参加反应的H₂为0.2mol×3=0.6mol，进而计算氢气转化率；
恒温恒容，随反应进行，混合气体总物质的量减小，则压强减小，若该反应在恒温恒压条件下进行（其它条件相同），等效为在原平衡基础上增大压强，与原平衡相比反应正向移动；
（3）一种Y元素的液态氢化合物乙，1分子中含有18个电子，则乙为N₂H₄，发生反应：N₂H₄+O₂?N₂+2H₂O，计算1molN₂H₄反应放出的热量，证明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式，注意氧气应为液态；
（4）整个可以认为：碳酸钙分解为氧化钙与二氧化碳，氧化钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧气氧化为硫酸钙，即二氧化硫与碳酸钙、氧气反应生成硫酸钙与二氧化碳．

解答 解：短周期中相邻元素X、Y、Z、W，其原子序数依次增大，X、Y、Z同周期且相邻，X、Y、Z三种元素的质子数之和为21，可推知X为C元素、Y为N元素、Z为O元素；Z与W同族，则W为S元素．
（1）W为S元素，处于周期表中第三周期VIA族，O、S同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱，
故答案为：第三周期VIA族；O、S同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱；
（2）发生可逆反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．
①反应开始后容器内N₂、H₂、NH₃三者共存，不能说明到达平衡，故错误；
②恒温恒容下，而随反应进行混合气体总物质的量减小，容器内压强减小，容器内压强不随时间变化而变化，说明到达平衡状态，故正确；
③混合气体总质量不变，容器容积不变，密度始终不变，故错误；
④容器内气体总质量不变，随反应进行总物质的量减小，平均摩尔质量增大，平均摩尔质量不随时间的变化而变化，说明反应到达平衡，故正确；
达到平衡时，N₂的单质为1.8mol，则参加反应的N₂为2mol-1.8mol=0.2mol，由方程式开始参加反应的H₂为0.2mol×3=0.6mol，氢气转化率为$\frac{0.6mol}{2mol}$×100%=30%；
恒温恒容，随反应进行，混合气体总物质的量减小，则压强减小，若该反应在恒温恒压条件下进行（其它条件相同），等效为在原平衡基础上增大压强，与原平衡相比反应正向移动，则转化率增大，
故答案为：②④；30%；大；
（3）一种Y元素的液态氢化合物乙，1分子中含有18个电子，则乙为N₂H₄，12.8g 液态N₂H₄完全燃烧生成N₂和液态H₂O时放出热量248.5kJ，则1molN₂H₄（g）燃烧放出的热量=248.5kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{12.8g}$=621.25kJ/mol，反应热化学方程式为：N₂H₄（g）+O₂（l）?N₂（g）+2H₂O（l）△H=-621.25 kJ•mol^-1，
故答案为：N₂H₄（g）+O₂（l）?N₂（g）+2H₂O（l）△H=-621.25 kJ•mol^-1；
（4）整个可以认为：碳酸钙分解为氧化钙与二氧化碳，氧化钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧气氧化为硫酸钙，即二氧化硫与碳酸钙、氧气反应生成硫酸钙与二氧化碳，反应方程式为：2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂，
故答案为：2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂．

点评 本题考查结构性质位置关系应用，涉及元素周期律、化学平衡状态判断、化学平衡计算与影响因素、热化学方程式书写等，是对学生综合能力考查，（3）中热化学方程式书写为易错点，学生容易忽略氧气聚集状态．