Question

有M、A、B、D、N、E五種短周期元素，原子序數依次增大．M元素的單質是自然界最輕的氣體，N元素的原子半徑是所在周期原子半徑最大的．A、B、D、E分別在表（周期表的一部分）占有相應的位置，它們的原子序數之和為37．試回答：
（1）在B、D、E三種元素的最簡單氫化物中，最穩定的是______（填化學式）．M、D、E、N形成的簡單離子的半徑由大到小的關系是（用離子符號表示）______．
（2）A、B、D、M可組成多種18電子分子，請寫出2種具有18電子的有機物的結構簡式（用結構簡式表示）______、______．
（3）由A、D、N三種元素組成的無機物（相對分子質量106），其水溶液呈堿性，用離子方程式表示其原因______．
（4）元素B的氫化物與元素D單質一定條件下發生置換反應，在該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為______．
（5）在火箭推進器中裝有強還原劑B₂M₄和強氧化劑M₂D₂，已知0.5mol液態B₂M₄和足量液態M₂D₂反應，生成一種無色無味無毒的氣體和一種蒸氣，放出320.8kJ熱量，
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ?mol^-1
2M₂D₂（1）=2M₂D（1）+D₂（g）△H=-196.4kJ?mol^-1
寫出B₂M₄與氧氣反應的熱化學方程式為______．
請寫出B₂M₄、D₂與KOH溶液組成的堿性電池的負極反應式（已知：B₂M₄可以和 D₂反應生成B₂和M₂D）______；該電池中OH^-移向______極．

Answer 1

【答案】分析：有M、A、B、D、N、E五種短周期元素，原子序數依次增大．M元素的單質是自然界最輕的氣體，所以M是氫氣；根據A、B、D、E分別在表（周期表的一部分）占有相應的位置，它們的原子序數之和為37，且DE屬于同一主族，原子序數相差8，所以A、B、D、E分別是碳元素、氮元素、氧元素、硫元素；N元素的原子半徑是所在周期原子半徑最大的，所以N是鈉元素．
（1）根據元素周期律知，元素的非金屬性越強其氫化物越穩定；電子層結構相同的離子，離子半徑隨著原子序數的增大而減小，同一主族元素的離子，離子半徑隨著原子序數的增大而增大．
（2）先根據電子數判斷含有碳原子的個數，從而寫出其結構簡式．
（3）由A、D、N三種元素組成的無機物（相對分子質量106），所以該無機物是碳酸鈉，根據鹽的類型判斷其溶液的酸堿性．
（4）先根據已知條件寫出反應方程式，再根據氧化劑和還原劑的計量數判斷．
（5）先根據已知條件寫出熱化學反應方程式；燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應；溶液中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動．
解答：解：有M、A、B、D、N、E五種短周期元素，原子序數依次增大．M元素的單質是自然界最輕的氣體，所以M是氫氣；根據A、B、D、E分別在表（周期表的一部分）占有相應的位置，它們的原子序數之和為37，且DE屬于同一主族，原子序數相差8，所以A、B、D、E分別是碳元素、氮元素、氧元素、硫元素；N元素的原子半徑是所在周期原子半徑最大的，所以N是鈉元素．
（1）、在B、D、E三種元素的最簡單氫化物分別是：氨氣、水、硫化氫，元素的非金屬性越強其氫化物越穩定，非金屬最強的是氧元素，所以其氫化物最穩定的是水；電子層結構相同的離子，離子半徑隨著原子序數的增大而減小，同一主族元素的離子，離子半徑隨著原子序數的增大而增大，氧離子和鈉離子的電子層結構相同，鈉元素的原子序數大于氧元素的原子序數，所以氧離子半徑大于鈉離子半徑，氧元素和硫元素屬于同一主族，硫元素的原子序數大于氧元素的原子序數，所以硫離子半徑大于氧離子半徑；氫離子半徑最小．
故答案為：H₂O，S^2-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺；
（2）A、B、D、M可組成多種18電子分子，具有18電子的有機物一定含有碳、氫元素，碳原子最多能形成4個共價鍵，氫原子最多能形成一個共價鍵，若該有機物一個分子中含有一個碳原子，如果剩余的都為氫原子，不和有機物規則，故舍去，如果含有一個碳原子一個氧原子，剩余的為氫原子，即該分子中含有一個碳原子、一個氧原子和4個氫原子，該分子是甲醇；如果該有機物一個分子中含有2個碳原子，剩余的為氫原子，含有6個氫原子，該有機物是乙烷．
故答案為：CH₃OH；CH₃CH₃．
（3）由A、D、N三種元素組成的無機物（相對分子質量106），所以該無機物是碳酸鈉，碳酸鈉是強堿弱酸鹽，碳酸鈉溶于水易水解生成碳酸氫鈉和氫氧化鈉，導致溶液呈堿性，水解離子方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．
（4）元素B的氫化物與元素D單質一定條件下發生置換反應，即氨氣和氧氣在一定條件下發生置換反應，反應方程式為：
4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，氧化劑是氧氣，還原劑是氨氣，所以在該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為3：4．
 故答案為：3：4；
（5）0.5mol液態N₂H₄和足量液態H₂O₂反應，生成一種無色無味無毒的氣體和一種蒸氣，強還原劑為N₂H₄，強氧化劑為
H₂O₂，所以生成的無色無味無毒的氣體是氮氣，一種蒸汽是水蒸氣，放出320.8kJ熱量，所以該反應的熱化學反應方程式為：N₂H₄（1）+2H₂O₂ （1）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.6kJ?mol^-1；①
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ?mol^-1②
2H₂O₂（1）=2H₂O（1）+O₂（g）△H=-196.4kJ?mol^-1③
將方程式①-②×4-③得方程式：
N₂H₄ （1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（1）△H=-621.2kJ?mol^-1；
燃料電池中，負極上燃料失電子發生氧化反應，該燃料電池中燃料是N₂H₄，所以N₂H₄在負極上失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為：N₂H₄-4e^─+4OH^─=N₂+4H₂O；燃料原電池中，溶液里陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，所以氫氧根離子向負極移動．
故答案為：N₂H₄ （1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（1）△H=-621.2kJ?mol^-1；N₂H₄-4e^─+4OH^─=N₂+4H₂O；負．
點評：本題考查了電極反應式的書寫、熱化學反應方程式的書寫、水解反應方程式的書寫等知識點，難度不大，書寫電極反應式時要結合電解質溶液的酸堿性判斷電極上的生成物．