Question

8．Ⅰ．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相對位置如圖所示，其中Y所處的周期序數與族序數相等．按要求回答下列問題：

（1）寫出X的原子結構示意圖．
（2）Y、Z、W的簡單離子半徑由大到小順序為S^2-＞Cl^-＞Al³⁺（用離子符號表示）．
（3）含Y的某種鹽常用作凈水劑，其凈水原理是Al³+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺（用離子方程式表示）．
Ⅱ．運用所學化學原理，解決下列問題：
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）；△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）；△H=c kJ•mol^-1．
工業上生產粗硅的熱化學方程式為2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1．

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

（5）已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）．表為該反應在不同溫度時的平衡常數．該反應的△H＜0（填“＞”、“＜”）；500℃時進行該反應，且CO和H₂O起始濃度相等，CO平衡轉化率為75%．
（6）以熔融K₂CO₃為電解質的一種新型氫氧燃料電池工作原理如圖所示．寫出電極A的電極反應式H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中相對位置可知，X處于第二周期，其余元素處于第三周期，其中Y所處的周期序數與族序數相等，處于ⅢA族，則Y為Al、Z為Si、X為N、W為Cl，據此解答；
Ⅱ．（4）根據蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；
（5）由表中數據可知，升高溫度，平衡常數減小，平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應；
CO和H₂O起始濃度相等，令他們的濃度為1mol/L，設平衡時CO的濃度變化量為xmol/L，利用三段式表示出平衡時各組分的濃度，根據平衡常數列方程計算，進而計算CO轉化率；
（6）A為負極氫氣發生氧化反應，生成的氫離子與電解質溶液中的碳酸根離子結合生成二氧化碳和水，電極反應式為：H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O．

解答 解：Ⅰ．由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中相對位置可知，X處于第二周期，其余元素處于第三周期，其中Y所處的周期序數與族序數相等，處于ⅢA族，則Y為Al、Z為Si、X為N、W為Cl，
（1）X為N元素，原子結構示意圖為，故答案為：；
（2）電子層數越多半徑越大，電子層數相同時，核電荷數越多半徑越小，所以Y、Z、W的簡單離子半徑由大到小順序為：S^2-＞Cl^-＞Al³⁺，故答案為：S^2-＞Cl^-＞Al³⁺；
（3）含鋁鹽溶液中鋁離子水解得到氫氧化鋁膠體，可以用作凈水劑，凈水原理離子方程式為：Al³+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺，
故答案為：Al³+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
Ⅱ．（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律，①+②-③得：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1，
故答案為：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1；
（5）由表中數據可知，升高溫度，平衡常數減小，平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，即△H＜0；
CO和H₂O起始濃度相等，令他們的起始濃度為1mol/L，設平衡時CO的濃度變化量為xmol/L，則：
            CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：1       1       0       0
轉化（mol/L）：x       x       x       x
平衡（mol/L）：1-x     1-x     x       x
故$\frac{x•x}{（1-x）•（1-x）}$=9，解得x=0.75，
故CO的轉化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案為：＜；75%；
（6）A為負極氫氣發生氧化反應，生成的氫離子與電解質溶液中的碳酸根離子結合生成二氧化碳和水，電極反應式為：H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O，故答案為：H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O．

點評 本題考查結構性質位置關系應用、原電池、熱化學方程式、化學平衡計算等，側重對基礎知識的鞏固，（5）注意三行式在解題中的綜合應用，難度不大．