Question

5．A、B、C、D为中学化学中常见的四种气体单质．
（1）已知在空气中A约21%、C约78% （均为体积分数）；D在标准状况下的密度为3.170g/L．分别写出A、C、D的化学式：AO₂、CN₂、DCl₂．SO₂通入D的水溶液中，可以发生氧化还原反应，其化学方程式为：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄．
（2）在一定条件下B与A、C、D化合分别生成甲、乙、丙．已知甲、乙分子中含有的电子数均与Na⁺相同；乙与丙可化合生成一种离子化合物．甲、乙的化学式是：甲H₂O、乙NH₃；丙的电子式是：．
（3）乙可以发生如下所示一系列转化（无关物质及反应条件已略）乙$\stackrel{A}{→}$X$\stackrel{A}{→}$Y$\stackrel{甲}{→}$Z．单质A与化合物乙反应的化学方程式4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．Z的稀溶液与过量铁粉反应，当反应中有1.806×10²⁴个电子转移时，被还原的Z物质的量是1mol．
（4）将单质B、C按体积比为3：1混合分别装入盛有催化剂的密闭容器Ⅰ和Ⅱ中（容积相同），若反应过程中容器Ⅰ保持温度和压强不变，容器Ⅱ保持温度和容积不变，当反应达平衡时，容器Ⅰ内气体的密度大于容器Ⅱ的密度（填“大于”、“小于”或“等于”），理由是：该反应是气体总物质的量减小的反应，总质量不变，若保持温度和容积不变，混合气体密度不变．若保持温度和压强不变，混合气体的体积变小，密度增大．在容器Ⅰ中，当反应达平衡时，容积变为起始时的$\frac{7}{8}$，则C的转化率为25%．

Answer 1

分析 （1）已知在空气中A约21%、C约78% （均为体积分数），则A为O₂、C为N₂，D在标准状况下的密度为3.170g/L，相对分子质量为3.17×22.4=71，则D为Cl₂；
（2）在一定条件下B与A、C、D化合分别生成甲、乙、丙．已知甲、乙分子中含有的电子数均与Na⁺相同；乙与丙可化合生成一种离子化合物，则B为H₂，甲为H₂O、乙为NH₃，丙为HCl；
（3）乙可以发生如下所示一系列转化：乙$\stackrel{A}{→}$X$\stackrel{A}{→}$Y$\stackrel{甲}{→}$Z，则X为NO、Y为NO₃、Z为HNO₃，Z的稀溶液与过量铁粉发生反应：3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（4）发生反应：N₂+3H₂?2NH₃，该反应是气体物质的量减小的反应，总质量不变，若保持温度和容积不变，混合气体密度不变．若保持温度和压强不变，混合气体的体积变小，密度增大；
设氢气、氮气物质的量分别为3mol、1mol，在容器Ⅰ中，当反应达平衡时，容积变为起始时的$\frac{7}{8}$，则此时混合物气体物质的量为起始的$\frac{7}{8}$，由方程式可知1mol氮气反应时总物质的量减少2mol，计算参加反应氮气物质的量，进而计算氮气转化率．

解答 解：（1）已知在空气中A约21%、C约78% （均为体积分数），则A为O₂、C为N₂，D在标准状况下的密度为3.170g/L，相对分子质量为3.17×22.4=71，则D为Cl₂，SO₂通入Cl₂的水溶液中，可以发生氧化还原反应，其化学方程式为：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，
故答案为：O₂；N₂；Cl₂；SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄；
（2）在一定条件下B与A、C、D化合分别生成甲、乙、丙．已知甲、乙分子中含有的电子数均与Na⁺相同；乙与丙可化合生成一种离子化合物，则B为H₂，甲为H₂O、乙为NH₃，丙为HCl，丙的电子式是：，
故答案为：H₂O；NH₃；；
（3）乙可以发生如下所示一系列转化：乙$\stackrel{A}{→}$X$\stackrel{A}{→}$Y$\stackrel{甲}{→}$Z，则X为NO、Y为NO₃、Z为HNO₃，单质A与化合物乙反应的化学方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，Z的稀溶液与过量铁粉发生反应：3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，当反应中有1.806×10²⁴个电子转移时，即转移电子为3mol，被还原的硝酸生成NO，由N元素守恒可知被还原的硝酸为$\frac{3mol}{5-2}$=1mol
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；1；
（4）发生反应：N₂+3H₂?2NH₃，该反应是气体总物质的量减小的反应，总质量不变，若保持温度和容积不变，混合气体密度不变．若保持温度和压强不变，混合气体的体积变小，密度增大，故当反应达平衡时，容器Ⅰ内气体的密度大于容器Ⅱ的密度；
设氢气、氮气物质的量分别为3mol、1mol，在容器Ⅰ中，当反应达平衡时，容积变为起始时的$\frac{7}{8}$，则此时混合物气体物质的量为起始的$\frac{7}{8}$，平衡时混合气体总物质的量为（3+1）mol×$\frac{7}{8}$=3.5mol，由方程式可知1mol氮气反应时总物质的量减少2mol，则参加反应氮气物质的量为$\frac{1mol}{2mol}$×（4-3.5）mol=0.25mol，故氮气转化率为$\frac{0.25mol}{1mol}$×1005=25%，
故答案为：大于；该反应是气体总物质的量减小的反应，总质量不变，若保持温度和容积不变，混合气体密度不变．若保持温度和压强不变，混合气体的体积变小，密度增大；25%．

点评 本题考查无机物推断，需要学生熟练掌握元素化合物知识，是对学生综合能力的考查，难度中等．