Question

15．U、W、X、Y、Z都是短周期元素，且原子序數依次增大．其中U與W可形成三角錐形分子A，U與X可形成常溫下呈液態的分子B，A、B均為10電子分子；X能與W形成兩種常見的離子化合物甲、乙，其化學式中原子個數甲多于乙，Y元素原子的K層電子數與M層電子數相同；Z元素是地殼中含量最多的金屬．請回答下列問題：
（1）Z元素在周期表中的位置第三周期ⅢA族．U、W、X、Y、Z四種元素的原子半徑由小到大的順序是O＜N＜Al＜Mg＜Na（用元素符號表示）．
（2）U與W形成的18電子化合物的電子式是．實驗室制取并檢驗氣體A的方法是2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，將濕潤的紅色石蕊試紙靠近氣體，若試紙變藍，則是氨氣．
（3）A與W的最高價氧化物的水化物反應所得產物的水溶液呈酸性（填“酸”、“堿”或“中”），用離子方程式說明其原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，導致氫離子濃度大于氫氧根離子的濃度，所以溶液呈酸性．
（4）將26.4g甲與Z單質的混合物投入過量的B中，固體完全溶解，所得溶液中僅有一種溶質，寫出其化學式NaAlO₂，在整個過程中產生的氣體在標準狀況下體積為15.68L．
（5）若將Y單質與過量二氧化碳完全反應生成的全部固體與足量的熱濃硝酸混合，充分反應后，產物中二氧化碳和二氧化氮共aL（標準狀況，不考慮NO₂部分轉化成N₂O₄），則Y單質的質量是$\frac{3a}{7}$g（用含a的代數式表示）．

Answer 1

分析 U、W、X、Y、Z都是短周期元素，且原子序數依次增大．其中U與W可形成三角錐形分子A，則U為H，W為N，A為NH₃，U與X可形成常溫下呈液態的分子B，A、B均為10電子分子，則X為O，B為H₂O；X能與W形成兩種常見的離子化合物甲、乙，其化學式中原子個數甲多于乙，所以W是Na，其中甲是過氧化鈉，乙是氧化鈉；Y元素原子的K層電子數與M層電子數相同，則Y為Mg；Z元素是地殼中含量最多的金屬，則Z為Al，然后利用元素及其單質、化合物的性質來解答．

解答 解：U、W、X、Y、Z都是短周期元素，且原子序數依次增大．其中U與W可形成三角錐形分子A，則U為H，W為N，A為NH₃，U與X可形成常溫下呈液態的分子B，A、B均為10電子分子，則X為O，B為H₂O；X能與W形成兩種常見的離子化合物甲、乙，其化學式中原子個數甲多于乙，所以W是Na，其中甲是過氧化鈉，乙是氧化鈉；Y元素原子的K層電子數與M層電子數相同，則Y為Mg；Z元素是地殼中含量最多的金屬，則Z為Al，
（1）鋁的質子數為13，位于第三周期ⅢA族，原子的電子層數越多，半徑越大，同周期元素從左向右原子半徑在減小，則原子半徑為O＜N＜Al＜Mg＜Na，
故答案為：第三周期ⅢA族；O＜N＜Al＜Mg＜Na；
（2）U與X形成的18電子化合物為H₂O₂，其電子式為，實驗室用氯化銨和堿石灰反應制取氨氣，即堿與鹽反應生成新堿和新鹽，化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，檢驗氨氣，可以利用氨氣的水溶液顯堿性，即用“使濕潤的紅色石蕊試紙變藍”；也可以用氨氣遇濃鹽酸產生白煙，即“用蘸有濃鹽酸的玻璃棒放在瓶口，產生白煙”，
故答案為：；2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，將濕潤的紅色石蕊試紙靠近氣體，若試紙變藍，則是氨氣；
（3）A與W的最高價氧化物的水化物是硝酸，反應所得硝酸銨是強酸弱堿鹽，水解溶液呈酸性，水解反應方程式為NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，故答案為：酸；NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，導致氫離子濃度大于氫氧根離子的濃度，所以溶液呈酸性；
（4）26.4g的過氧化鈉與鋁和水發生2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑反應，因為所得溶液中僅有一種溶質，所以溶質為偏鋁酸鈉，則n（Na₂O₂）：n（Al）=1：2，設過氧化鈉的物質的量為xmol，則鋁的物質的量為2xmol，所以78x+54x=26.4g，則x=0.2mol；所以生成氧氣的物質的量為0.1mol，鋁與堿反應生成氫氣的物質的量為：$\frac{0.2×2×3}{2}$=0.6mol，所以生成氣體的總物質的量為：0.7mol，體積為：0.7mol×22.4L/mol=15.68L，故答案為：NaAlO₂；15.68L；
（5）Mg與二氧化碳的反應為2Mg+CO₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO+C，C與濃硝酸反應生成二氧化碳和二氧化氮，設二氧化碳的物質的量x，由電子守恒可知，x×4=（$\frac{aL}{22.4L/mol}$-x）×1，解得x=$\frac{a}{22.4×5}$mol，
再由2Mg+CO₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO+C可知，Mg的物質的量為$\frac{a}{22.4×5}$mol×2=$\frac{2a}{22.4×5}$mol，
則Mg的質量為$\frac{2a}{22.4×5}$mol×24g/mol=$\frac{3a}{7}$，故答案為：$\frac{3a}{7}$．

點評 本題考查原子結構與元素周期律，元素的推斷是解答本題的關鍵，應熟悉分子的構型、10電子微粒及氧化還原反應來解答，難度不大．