Question

V、W、X、Y、Z是由四种短周期元素中的两种或三种组成的5种化合物，其中W、X、Z均由两种元素组成，X是导致温室效应的主要气体，Z是天然气的主要成分，Y、W都既能与酸反应，又能与强碱溶液反应。上述5种化合物涉及的四种元素的原子序数之和等于28；V由一种金属元素和两种非金属元素组成，其原子个数比为1︰3︰9，所含原子总数等于其组成中金属元素的原子序数。它们之间的反应关系如下图：

（1）写出W物质的一种用途        。

（2）写出V与足量NaOH溶液反应的化学方程式      。

（3）将过量的X通入某种物质的水溶液中可以生成Y，该反应的离子方程式为          。

（4）4 g Z完全燃烧生成X和液态水放出222.5 kJ的热量，请写出表示Z燃烧热的热化学方程式                             。

（5）在200 mL 1.5 mol·L^-1 NaOH溶液中通入标准状况下4.48 L X气体，完全反应后所得溶液中，各种离子浓度由大到小的顺序是         。

（6）Y是一种难溶物质，其溶度积常数为1.25×10^-33。将0.01 mol Y投入1 L某浓度的盐酸中，为使Y完全溶解得到澄清透明溶液，则盐酸的浓度至少应为     （体积变化忽略不计，结果保留三位有效数字）。

Answer

（1）高温耐火材料或冶炼金属铝（2分）。

（2）Al(CH3)3+NaOH+H2O=NaAlO2+3CH4↑（2分）

（3）AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-（2分）

（4）CH4(g) +2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.0kJ/mol（2分）

（5）c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+) （3分）

（6）3.02×10-2mol/L （3分）

【解析】

试题分析：由四种短周期元素中的两种或三种组成的5种化合物V、W、X、Y、Z，其中X是导致温室效应的主要气体，X 是CO2，Z是天然气的主要成分，Z是CH4；Y、W都既能与酸反应，又能与强碱溶液反应，Y是白色胶状不溶性物质，则Y是Al(OH)3。Y加热分解产生的白色固体W是Al2O3， 则V中含有Al元素，V由一种金属元素和两种非金属元素组成，其原子个数比为1︰3︰9，所含原子总数等于其组成中金属元素的原子序数。则其中还含有C、H元素，V是Al(CH3)3。（1）W是Al2O3，该物质是离子化合物，熔点、沸点高，可以高温耐火材料，由于Al金属活动性强，在工业上一般用氧化铝电解方法冶炼金属铝；（2）根据题意，结合质量守恒对于，可得V与足量NaOH溶液反应的化学方程式是Al(CH3)3+NaOH+H2O=NaAlO2+3CH4↑；（3）由于酸性H2CO3>Al(OH)3，所以根据复分解反应的规律，将过量的CO2通入NaAlO2溶液中，会发生反应：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3，该反应的离子方程式是: AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。（4）CH4式量是16，4 g 甲烷的物质的量是n(CH4)=4g÷16g/mol=0.25mol,完全燃烧生成X和液态水放出222.5 kJ的热量，则1mol甲烷完全燃烧放出热量是Q=222.5 kJ÷0.25=890.0kJ，所以甲烷的燃烧热的热化学方程式是CH4(g) +2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.0kJ/mol；（5）在200 mL 1.5 mol·L-1 NaOH溶液中含有溶质的物质的量是n(NaOH)=0. 200 L ×1.5 mol·L-1=0.3mol，通入标准状况下4.48 LCO2气体的物质的量是n(CO2)=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，二者发生化学反应：3NaOH+2CO2=Na2CO3+NaHCO3+H2O，在溶液中，根据物料守恒可得2c(Na+)=3 c(CO32-)+ c(HCO3-)+c(H2CO3)，而且CO32-和 HCO3-都会发生水解反应而消耗，水解产生OH-，消耗H+，使溶液想你碱性，所以c(OH-)>c(H+)，由于水解程度CO32-> HCO3-，所以后溶液中完全反应后所得溶液中c(HCO3-)>c(CO32-)，但是盐水解程度是微弱的，主要以盐电离产生的离子存在，所以溶液中各种离子浓度由大到小的顺序是c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+) ；（6）Y是Al(OH)3，一种难溶物质，其溶度积常数为1.25×10-33。将0.01 mol Al(OH)3投入1 L某浓度的盐酸中，二者会发生化学反应：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+H2O，n[Al(OH)3]=0.01mol，则反应消耗n(HCl)=3 n[Al(OH)3]=0.03mol，由于溶液的体积是1L，所以反应后溶液中c(Al3+)=0.01mol/L，由于溶度积常数Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=1.25×10-33,所以c(Al3+)·c3(OH-)=0.01×c3(OH-)=1.25×10-33，c(OH-)=5×10-11，则根据水的离子积常数可得该溶液中c(H+)=10-14÷5×10-11=2×10-4mol/L，所以加入的盐酸的浓度是：c(HCl)=0.03mol/L+2×10-4mol/L=3.02×10-2mol/L。

【考点定位】考查元素及化合物的推断、化学方程式和热化学方程式及离子方程式的书写、离子浓度大小比较、沉淀溶解平衡的应用的知识。

【名师点睛】元素的原子结构与元素的性质及在元素周期表中的位置关系密切，结构决定性质，性质决定用途。铝元素在元素周期表中处于金属与非金属交界处，使其性质有金属、非金属元素的性质。由于其氧化物熔点高因此可以制取耐高温的材料，氯化铝是分子晶体，分子间通过分子间作用力结合，，在液体只有分子，没有离子，铝活动性比较强，在地壳中是含量最高的金属，由于难冶炼，因此认识比较晚，在工业上只能用电解熔融的氧化铝的方法冶炼铝。为了降低其熔点要加入冰晶石，不像其它活泼的金属用电解熔融的氯化物的方法冶炼。在比较离子浓度大小时，要结合盐溶液的浓度及盐的水解规律，对于等浓度的Na2CO3、NaHCO3，前者水解程度比后者大，因此盐溶液中离子浓度c(HCO3-)>c(CO32-)，但是盐水解程度是微弱的，主要以盐电离产生的离子存在，盐水解产生的离子浓度很小。要结构物料守恒、电荷守恒及质子守恒进行分析和判断。