Question

17．X、Y、Z、W、M是元素周期表中原子序數依次增大的五種元素，其相關信息如表：

元素	相關信息
X	元素周期表中核電荷數最小的元素
y	Y的一種核素常用于考古，其一種同素異形體為自然界最硬的物質
Z	Z是大氣中含量多的元素，其某些氧化物為大氣中常見的污染物
W	W是地殼中含量最高的金屬元素
M	常見金屬，單質呈紫紅色

（1）W位于元素周期表第三周期第ⅢA族；W的簡單離子半徑比Z的簡單離子半徑小（填“大’’或“小”）．
（2）Z原子的第一電離能比氧原子的大（填“大”或“小”）；M的基態原子價電子排布式是
3d¹⁰4s¹
（3）X與Y可形成多種化合物，其中常用來切割或焊接金屬的氣體分子中σ鍵和π鍵之比是3：2，空間構型是直線型
（4）X與Z形成的最簡單化合物用途非常廣泛，試列舉兩種用途：制硝酸、作制冷劑；該化合物具有較強的還原性，加熱時能將M的氧化物MO還原，寫出該反應的化學方程式：3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O．
（5）可用YX₄還原ZO_x以消除其污染．已知：
YX₄ （g）+4ZO₂ （g）=4ZO（g）+YO₂（g）+2X₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
YX₄ （g）+4ZO（g）=2Z₂ （g）十YO₂ （g）+2X₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
試寫出用YX₄還原ZO₂至Z₂的熱化學方程式：CH₄ （g）+2NO₂ （g）=CO₂（g）+N₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、M是元素周期表中原子序數依次增大的五種元素，X是元素周期表中核電荷數最小的元素，故X為H元素；Y的一種核素常用于考古，其一種同素異形體為自然界最硬的物質，則Y為C元素；Z是大氣中含量多的元素，其某些氧化物為大氣中常見的污染物，則Z為N元素；W是地殼中含量最高的金屬元素，則W為Al；M是常見金屬，單質呈紫紅色，故M為Cu，據此解答．

解答 解：X、Y、Z、W、M是元素周期表中原子序數依次增大的五種元素，X是元素周期表中核電荷數最小的元素，故X為H元素；Y的一種核素常用于考古，其一種同素異形體為自然界最硬的物質，則Y為C元素；Z是大氣中含量多的元素，其某些氧化物為大氣中常見的污染物，則Z為N元素；W是地殼中含量最高的金屬元素，則W為Al；M是常見金屬，單質呈紫紅色，故M為Cu．
（1）W是Al元素，位于元素周期表第三周期第ⅢA族；Al³⁺、N^3-離子電子層結構相同，核電荷數越大離子半徑越小，故離子半徑：Al³⁺＜N^3-，
故答案為：三、ⅢA；小；
（2）N元素原子2p能級容納3個電子，為半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能大于氧原子；M為Cu元素，原子核外有29個電子，處于的第四周期IB族，基態原子價電子排布式是3d¹⁰4s¹，
故答案為：大；3d¹⁰4s¹；
（3）H與C可形成多種化合物，其中常用來切割或焊接金屬的氣體為C₂H₂，結構式為H-C≡C-H，分子中σ鍵和π鍵之比是3：2，空間構型是：直線型，
故答案為：3：2；直線型；
（4）H與N形成的最簡單化合物為NH₃，用途非常廣泛，可以制硝酸、作制冷劑、制化肥、制純堿等，該化合物具有較強的還原性，加熱時能將CuO還原，反應生成Cu、氮氣與水，該反應的化學方程式為：3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O，
故答案為：制硝酸、作制冷劑、制化肥、制純堿等；3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O；
（5）已知：①CH₄ （g）+4NO₂ （g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄ （g）+4NO（g）=2N₂ （g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根據蓋斯定律①+②得：2CH₄ （g）+4NO₂ （g）=2CO₂（g）+2N₂ （g）+4H₂O（g）△H=-1734kJ•mol^-1，即熱化學方程式為CH₄ （g）+2NO₂ （g）=CO₂（g）+N₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄ （g）+2NO₂ （g）=CO₂（g）+N₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．

點評 本題是度物質結構的考查，涉及結構性質位置關系、電離能、核外電子排布、化學鍵、熱化學方程式書寫等，難度不大，注意對理解掌握同周期第一電離能異常原因．