Question

甲、乙、丙、丁、戊均为中学化学常见的单质或化合物，且均含有同一种非金属元素R，在一定条件下其转化关系如图1所示．

Ⅰ．若甲、乙、丙、丁均为气体，甲、丙为常见大气污染物，且甲与丙的相对分子质量相差16，乙分子是一种10e^-微粒，丁为空气的主要成分之一．
（1）乙的空间构型为

 

，丁的电子式为

 

．
（2）戊的稀溶液能跟过量铁粉反应，其离子方程式为

 

．
Ⅱ．若上述五种物质含有不同的官能团，丁为带水果香味的液体，乙和丁均能在碱性条件下生成甲，戊是一种无色气体，相同条件下相对H₂的密度为14．
（1）写出由甲生成戊的化学方程式

 

，
（2）甲的一种同系物X（相对分子质量比甲小），对水质会造成一定的污染，可用电化学法消除这种污染，其原理是通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺作氧化剂把水中的X氧化成CO₂而净化．实验室用图2装置模拟上述过程：
①完成除去X的离子方程式：6Co³⁺+

 

+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+

 

②若装置中的电源为甲烷-空气-KOH溶液的燃料电池，则净化含1mol X的水，理论上该燃料电池需消耗KOH

 

mol．
③以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备X．
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
CO（g）+2H₂（g）═X（g）△H=-129.0kJ?mol^-1
写出CH₄（g）与H₂O（g）反应生成X（g）和H₂（g）的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：无机物的推断,热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,有机物的推断

专题：推断题,化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：Ⅰ．甲与丙为常见大气污染物，且甲与丙的相对分子质量相差16，则甲应为NO，丙为NO₂，丁为空气的主要成分之一，应为N₂，则乙为NH₃，戊的稀溶液能跟过量铁粉反应，且能生成NO，应为HNO₃；
Ⅱ．丁为带水果香味的液体，应为酯类物质，乙和丁均能在碱性条件下生成甲，戊是一种无色气体，相同条件下相对H₂的密度为14，应为CH₂=CH₂，则甲为CH₃CH₂OH，乙应为氯代烃，结合对应物质的性质以及题目要求解答该题．

解答： 解：Ⅰ．甲与丙为常见大气污染物，且甲与丙的相对分子质量相差16，则甲应为NO，丙为NO₂，丁为空气的主要成分之一，应为N₂，则乙为NH₃，戊的稀溶液能跟过量铁粉反应，且能生成NO，应为HNO₃，
（1）丁为N₂，电子式为，乙为NH₃，为三角锥形分子，故答案为：三角锥形；；
（2）稀硝酸与过量铁粉反应生成硝酸亚铁和NO气体，反应的离子方程式为3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O；
Ⅱ．丁为带水果香味的液体，应为酯类物质，乙和丁均能在碱性条件下生成甲，戊是一种无色气体，相同条件下相对H₂的密度为14，应为CH₂=CH₂，则甲为CH₃CH₂OH，乙应为氯代烃，
（1）乙醇在浓硫酸作用下加热至170℃可生成乙烯，反应的方程式为CH₃CH₂OH

浓硫酸

170℃

CH₂=CH₂↑+H₂O，
故答案为：CH₃CH₂OH

浓硫酸

170℃

CH₂=CH₂↑+H₂O；
（2）①甲为CH₃CH₂OH，对应的最简单的同系物为CH₃OH，反应中Co元素化合价由+3价降低到+2价，C元素化合价由-2价升高到+4价，反应的离子方程式为6Co³⁺+CH₃OH+H₂O═CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，
故答案为：CH₃OH；6H⁺；
②甲醇-空气-KOH溶液的燃料电池的总反应方程式为2CH₃OH+3O₂+4KOH═2K₂CO₃+6H₂O，CH₃OH与KOH的物质的量之比为1：2，1molCH₃OH反应，应有2molKOH参与反应．
故答案为：2；
③已知：I：CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）△H=+206.0kJ?mol^-1，
II：CO （g）+2H₂ （g）=CH₃OH （g）△H=-129.0kJ?mol^-1，
依据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g））△H=+77kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）═CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+77.0 kJ?mol^-1．

点评：本题综合考查无机物的推断和有机物的推断，注意把握物质的特征性质，为解答该题的关键，注意把握相关物质的性质，题目难度中等．