Question

9．原子序數依次增大的A、B、C、D、E五種短周期元素，A是原子半徑最小的元素，B的單質分子中有三對共用電子，C最外層電子數是次外層電子數的3倍，A、D同主族，E原子電子數比C原子電子數多5個，請回答下列問題：
（1）A、C、D形成的化合物W的電子式，以W溶液作為電解質溶液，E棒與鐵棒分別作為電極構成原電池，則負極的電極反應式Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）A₂和B₂在工業上可合成一種重要的原料BA₃．
①如圖是一定溫度和壓強下A₂（g）和B₂（g）反應生成1molBA₃（l）過程中能量變化示意圖，已知：BA₃（l）?BA₃（g）△H=+ckJ/mol，請寫出工業合成BA₃（g）的熱化學反應方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（b-a-c）kJ•mol^-1；（△H的數值用含字母a、b、c的代數式表示）
②下列措施有利于提高B₂的轉化率的是AB；
A．采取20～50MPa的大氣壓        B．降低溫度         C．使用催化劑
③25℃時，xmol/L的BA₃水溶液的pH=14-n，若忽略水的電離，則BA₃水合分子的電離平衡常數$\frac{1{0}^{-2n}}{x-1{0}^{-n}}$（用含x、n的代數式表示）；
（3）化合物甲、乙都由A、B、C三種元素組成，甲為弱堿，乙為強酸；常溫下，若兩溶液中水的電離程度相同，若乙溶液的pH=a，則甲溶液中水電離產生的c（H⁺）=10^a-14mol/L；
（4）用D₂C₂在酸性條件下處理CN^-的工業廢水，將得到一種能夠參與大氣生態環境循環的氣體以及CO₂等物質，請寫出該反應的離子方程式5Na₂O₂+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O．

Answer 1

分析 原子序數依次增大的A、B、C、D、E五種短周期元素，A是原子半徑最小的元素，則A為H元素；B的單質分子中有三對共用電子，則B為N元素；C最外層電子數是次外層電子數的3倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，故C為O元素；A、D同主族，D的原子序數大于氧，故D為Na；E原子電子數比C原子電子數多5個，E原子核外電子數為13，故E為Al．
（1）A、C、D形成的化合物W為NaOH，由鈉離子與氫氧根離子構成；以NaOH溶液作為電解質溶液，Al棒與鐵棒分別作為電極構成原電池，Al作負極，Al失去電子，堿性條件下生成偏鋁酸根；
（2）①由圖可知，一定溫度和壓強下H₂（g）和N₂（g）反應生成1molNH₃（l）過程中放出的熱量為（b-a）kJ，則：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（l）△H=-2（b-a）kJ/mol，結合已知熱化學方程式，利用蓋斯定律構造目標熱化學方程式；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是氣體體積減小的放熱反應，增大壓強，降低溫度，平衡向正反應方向移動，氮氣轉化率增大，使用催化劑縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，氮氣的轉化率不變；
③25℃時，xmol/L的NH₃水溶液的pH=14-n，計算溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-（14-n）}}$mol/L=10^-nmol/L，電離方程式為：NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，若忽略水的電離，則c（NH₄⁺）≈c（OH^-），溶液中c（NH₃．H₂O）=xmol/L-c（NH₄⁺），則NH₃水合分子的電離平衡常數Ka=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
（3）化合物甲、乙都由H、N、O三種元素組成，甲為弱堿，即甲為NH₃•H₂O，乙為強酸，即乙為HNO₃，若硝酸溶液的pH=a，根據Kw=c（H⁺）•c（OH^-），計算硝酸溶液中水電離產生的C_（H⁺）=c_（OH^-），常溫下，若兩溶液中水的電離程度相同，則氨水溶液中氫離子濃度等于硝酸溶液中氫氧根離子濃度；
（4）用Na₂O₂在酸性條件下處理CN^-的工業廢水，反應生成氮氣以及CO₂等物質，結合守恒配平書寫離子方程式．

解答 解：原子序數依次增大的A、B、C、D、E五種短周期元素，A是原子半徑最小的元素，則A為H元素；B的單質分子中有三對共用電子，則B為N元素；C最外層電子數是次外層電子數的3倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數為6，故C為O元素；A、D同主族，D的原子序數大于氧，故D為Na；E原子電子數比C原子電子數多5個，E原子核外電子數為13，故E為Al．
（1）A、C、D形成的化合物W為NaOH，其電子式為，以NaOH溶液作為電解質溶液，Al棒與鐵棒分別作為電極構成原電池，Al作負極，則負極的電極反應式：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：；Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）A₂和B₂在工業上可合成一種重要的原料BA₃．
①由圖可知，一定溫度和壓強下H₂（g）和N₂（g）反應生成1molNH₃（l）過程中放出的熱量為（b-a）kJ，
則：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（l）△H=-2（b-a）kJ/mol，①
已知：BH₃（l）?BH₃（g）△H=+ckJ/mol，則生成1molNH₃（g） ②
根據蓋斯定律，①+②×2得：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（b-a-c）kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（b-a-c）kJ•mol^-1；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是氣體體積減小的放熱反應，
A．采取20～50MPa的大氣壓，增大壓強，平衡向正反應方向移動，氮氣轉化率增大，故A正確；
B．降低溫度，平衡向正反應方向移動，氮氣的轉化率增大，故B正確；
C．使用催化劑縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，氮氣的轉化率不變，故C錯誤，
故選：AB；
③25℃時，xmol/L的NH₃水溶液的pH=14-n，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-（14-n）}}$mol/L=10^-nmol/L，電離方程式為：NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，若忽略水的電離，則c（NH₄⁺）≈c（OH^-）=10^-nmol/L，溶液中c（NH₃．H₂O）=（x-10^-n）mol/L，則NH₃水合分子的電離平衡常數為$\frac{1{0}^{-n}×1{0}^{-n}}{x-1{0}^{-n}}$=$\frac{1{0}^{-2n}}{x-1{0}^{-n}}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{-2n}}{x-1{0}^{-n}}$；
（3）化合物甲、乙都由H、N、O三種元素組成，甲為弱堿，即甲為NH₃•H₂O，乙為強酸，即乙為HNO₃，若硝酸溶液的pH=a，據Kw=c（H⁺）•c（OH^-），則溶液中水電離產生的C_（H⁺）=c_（OH^-）=10^a-14mol/L，常溫下，若兩溶液中水的電離程度相同，則甲溶液中水電離產生的c（H⁺）=10^a-14mol/L，
故答案為：10^a-14mol/L；
（4）用Na₂O₂在酸性條件下處理CN^-的工業廢水，將得到一種能夠參與大氣生態環境循環的氣體以及CO₂等物質，參與大氣生態環境循環的氣體為氮氣，該反應的離子方程式：5Na₂O₂+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O，
故答案為：5Na₂O₂+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O．

點評 本題考查結構性質位置關系綜合應用，涉及電子式、電極反應式、熱化學方程式、化學平衡移動、弱電解質的電離計算、離子方程式書寫等，是對基礎知識的綜合考查，難度中等．