Question

13．某含氯化合物A由兩種短周期元素組成，常溫下該物質為氣態，測得該氣體對空氣的相對密度為3.0（空氣相對分子質量為29），A溶于水可得只含單一溶質的弱酸B的水溶液，B溶液在放置過程中（特別是光照下），其酸性會增強．常溫下，氣體A與NH₃反應生成離子化合物C、氣體單質D和常見液體E，D為空氣中含量最多的物質．氣體A可用某一氣體單質與潮濕的Na₂CO₃ 反應制得，同時生成兩種鈉鹽．請回答下列問題：
（1）氣體A的化學式為Cl₂O，已知氣體A中所有原子都滿足8電子穩定結構，則A的電子式為．
（2）氣體A與NH₃反應的化學方程式為3Cl₂O+10NH₃=6NH₄Cl+2N₂+3H₂O．
（3）試寫出上述敘述中制取氣體A的化學方程式為2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=Cl₂O+2NaHCO₃+2NaCl．
將上述恰好完全反應后生成的兩種鈉鹽的混合物溶于水形成溶液，關于該溶液下列關系式不正確的是C
A．c（Na⁺）=2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）+2c（CO₃^2-）
B．c（OH^-）+c（Cl^-）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）+c（H⁺）
C．c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）
（4）圖甲是鎂與B的鈉鹽構成的原電池裝置，反應過程中會產生白色沉淀；圖乙是Cr₂O₇^2-的工業廢水的模擬處理裝置，其中Cr₂O₇^2-離子最終以Cr（OH）₃的形式除去．

圖甲中發生的電池總反應式為：Mg+ClO^-+H₂O=Mg（OH）₂↓+Cl^-．若圖甲中3.6g鎂溶解產生的電量用以圖乙廢水的處理，則甲中的鎂電極應與乙中惰性電極（“鐵”或“惰性”）相連，理論上乙池中可產生10.3g Cr（OH）₃沉淀．

Answer 1

分析 （1）（2）（3）化合物A由兩種短周期元素組成，氣體A與NH₃反應生成離子晶體C、氣體單質D和常見液體E，D為空氣中含量最多的物質，則D為N₂，常見液體E為H₂O，根據元素守恒可知，A為氯的氧化物，測得A氣體對空氣的相對密度為3.0，則其相對分子質量為3×29=87，故A分子中Cl原子數目為偶數，只能為2，則含有氧原子數目=$\frac{87-35.5×2}{16}$=1，故A為Cl₂O，可推知離子化合物C為NH₄Cl，A溶于水可得只含單一溶質B的弱酸性溶液，B溶液在放置過程中其酸性會增強，B為HClO，氣體A可用某一氣體單質與潮濕的Na₂CO₃反應制得，同時生成兩種鈉鹽，由元素守恒可知，該單質氣體為Cl₂，生成的兩種鈉鹽只能為NaHCO₃、NaCl，據此解答（1）（2）（3）；
（4）該原電池中，鎂作負極，負極上鎂失電子發生氧化反應，負極反應為Mg-2e^-=Mg²⁺，電池反應式為Mg+ClO^-+H₂O=Mg（OH）₂↓+Cl^-，正極上次氯酸根離子得電子發生還原反應，據此書寫電池反應；由電子守恒可知，Mg～2e^-～Fe²⁺，由原子守恒可知Fe²⁺～Fe（OH）₃↓，以此計算．

解答 解：某含氯化合物A由兩種短周期元素組成，氣體A與NH₃反應生成離子晶體C、氣體單質D和常見液體E，D為空氣中含量最多的物質，則D為N₂，常見液體E為H₂O，根據元素守恒可知，A為氯的氧化物，測得A氣體對空氣的相對密度為3.0，則其相對分子質量為3×29=87，故A分子中Cl原子數目為偶數，只能為2，則含有氧原子數目=$\frac{87-35.5×2}{16}$=1，故A為Cl₂O，可推知離子化合物C為NH₄Cl，A溶于水可得只含單一溶質B的弱酸性溶液，B溶液在放置過程中其酸性會增強，B為HClO，氣體A可用某一氣體單質與潮濕的Na₂CO₃反應制得，同時生成兩種鈉鹽，由元素守恒可知，該單質氣體為Cl₂，生成的兩種鈉鹽只能為NaHCO₃、NaCl，
（1）由上述分析可知，氣體A的化學式為Cl₂O，A為共價化合物的電子式為
故答案為：Cl₂O；；
（2）氣體A與NH₃反應的化學方程式為：3Cl₂O+10NH₃=6NH₄Cl+2N₂+3H₂O，反應中Cl的化合價降低，該反應體現氣體Cl₂O具有氧化性，
故答案為：3Cl₂O+10NH₃=6NH₄Cl+2N₂+3H₂O；
（3）Cl₂與潮濕的碳酸鈉反應生成Cl₂O，同時生成的兩種鈉鹽只能為NaHCO₃、NaCl，化學方程式為：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=Cl₂O+2NaHCO₃+2NaCl，將上述恰好完全反應后生成的兩種鈉鹽NaHCO₃、NaCl的混合物溶于水形成溶液顯示堿性，碳酸氫根離子的水解程度大于電離程度，
A．根據物料守恒，得到c（Na⁺）＞2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）+2c（CO₃^2-），故A錯誤；
B．根據電荷守恒：c（OH^-）+c（Cl^-）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（H⁺），故B錯誤；
C、等量的兩種鈉鹽NaHCO₃、NaCl的混合物中，碳酸氫根離子的水解程度大于電離程度，所以c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）
，故C正確；故答案為：2Cl₂+2Na₂CO₃+H₂O=Cl₂O+2NaHCO₃+2NaCl；C；
（4）該原電池中，鎂作負極，負極上鎂失電子發生氧化反應，負極反應為Mg-2e^-=Mg²⁺，正極上次氯酸根離子得電子發生還原反應Mg+ClO^-+H₂O=Cl^-+Mg（OH）₂，電池反應式為兩電極反應之和，即Mg+ClO^-+H₂O=Mg（OH）₂↓+Cl^-，甲中的鎂電極是原電池的負極，應該和電源的負極相連，
由電子守恒可知，3Mg～6e^-～3Fe²⁺，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～2Cr（OH）₃↓，則n（Mg）=$\frac{3.6g}{24g/mol}$=0.15mol，消耗金屬鎂0.15mol，轉移電子是0.3mol，此時得到的鉻離子是0.1mol，產生沉淀是0.1mol×103g/mol=10.3g，故答案為：10.3g．

點評 本題考查無機物推斷、原電池的工作原理、氧化還原反應中電子守恒的計算等，側重考查學生對知識的綜合應用及邏輯推理能力，需要學生具備扎實的基礎，難度較大．