Question

原子序數依次增大的四種短周期元素X、Y、Z、W，其相關信息如下表：

元素	相關信息
X	X的一種同素異形體是一種最軟的礦物，常用于制造電極
Y	Y的氫化物常溫下呈氣態，其水溶液能使酚酞試液變紅
Z	Z的最高價氧化物的水化物，在熔化狀態下電離出離子數和電荷數均相等的陰陽離子
W	W的基態原子的每個原子軌道均有電子填充，但只有一個未成對電子

（1）W位于元素周期表第

 

周期第

 

族，能說明X、Y非金屬性強弱的依據是

 

（任寫一點）．
（2）X、Y形成的氣態氫化物中，易溶于水的是

 

（用化學式表示，下同）．Y和Z的氫化物熔點較高的是

 

．
（3）層狀晶體g-X₃Y₄（用X₃Y₄表示），滲有少量金屬或非金屬后，常用于光催化分解水．水熱法合成g-X₃Y₄是將W₃X₃Y₃和ZY₃在惰性氣體中，在180℃反應12小時，再經洗滌除去食鹽而制得．其化學方程式：

 

．
（4）g-X₃Y₄做催化劑，完全光分解水過程的基本原理，如圖所示：
陽極反應過程為：
g-X₃Y₄+2hv→g-X₃Y₄+2h⁺+2e
2H₂O+2h⁺→2H₂O⁺→2?OH+2H⁺
2?OH→H₂O+

1

2O2

式中hv 表示光子，h⁺表示電子激發遷移后的空穴，有強氧化性；?OH表示羥基自由基．請寫出陰極反應式：

 

；整個過程中能量的轉化形式為

 

．

Answer 1

考點：位置結構性質的相互關系應用

專題：元素周期律與元素周期表專題

分析：X的一種同素異形體是一種最軟的礦物，常用于制造電極，且X為短周期元素，則X為C元素；
Y的氫化物常溫下呈氣態，其水溶液能使酚酞試液變紅，Y的氫化物的水溶液呈堿性，則Y為N元素；
Z的最高價氧化物的水化物，在熔化狀態下電離出離子數和電荷數均相等的陰陽離子，且Z為短周期元素，其原子序數大于Y，則Z為Na元素；
W的基態原子的每個原子軌道均有電子填充，但只有一個未成對電子，且W原子序數大于Z，為短周期元素，則W為Cl元素，再結合物質結構、性質分析解答．

解答： 解：X的一種同素異形體是一種最軟的礦物，常用于制造電極，且X為短周期元素，則X為C元素；
Y的氫化物常溫下呈氣態，其水溶液能使酚酞試液變紅，Y的氫化物的水溶液呈堿性，則Y為N元素；
Z的最高價氧化物的水化物，在熔化狀態下電離出離子數和電荷數均相等的陰陽離子，且Z為短周期元素，其原子序數大于Y，則Z為Na元素；
W的基態原子的每個原子軌道均有電子填充，但只有一個未成對電子，且W原子序數大于Z，為短周期元素，則W為Cl元素，
（1）W為Cl元素，其原子核外有3個電子層、最外層有7個電子，則W位于第三周期第VIIA族，元素的非金屬性越強，其最高價氧化物的水化物酸性越強，酸性：硝酸＞碳酸，所以非金屬性N＞C，
故答案為：三；ⅦA；硝酸比碳酸強；
（2）X是C元素、Y是N元素，X、Y形成的氣態氫化物中，易溶于水的是NH₃，因為氨氣和水都是極性分子，根據相似相溶原理、氨氣和水分子之間易形成氫鍵知，氨氣極易溶于水；Y的氫化物是氨氣、Z的氫化物是NaH，氨氣屬于分子晶體、NaH屬于離子晶體，離子晶體熔點高于分子晶體，所以Y和Z的氫化物熔點較高的是NaH，故答案為：NH₃；NaH；
（3）水熱法合成g-C₃N₄是將Cl₃C₃N₃和NaN₃在惰性氣體中，在180℃反應12小時，再經洗滌除去食鹽而制得，同時該反應還生成氮氣，則反應方程式為3NaN₃+Cl₃C₃N₃

180℃      .

惰性氣體

C₃N₄+3NaCl+4N₂↑，故答案為：3NaN₃+Cl₃C₃N₃

180℃      .

惰性氣體

C₃N₄+3NaCl+4N₂↑；
（4）光催化分解水是半導體材料C₃N₄在特定波長的光照下，電子激發形成空穴，電子轉入導帶，在導帶和禁帶形成帶隙，帶隙比分解水產生氫氣和氧氣的電位差要大很多，能實現電解水．導帶中電子遷移到（通常是Pt等）表面，發生反應2H⁺+2e^-=H₂↑；空穴遷移到禁帶半導體表面，發生反應過程如題給所示，完成電解水的過程；電解質通常選用全氟磺酸膜作為質子交換介質，也可以用玻璃纖維強化的磷酸碳纖維介質．由于禁帶的電位高，可以利用其氧化廢水中還原性成分，降低污水COD等用途．由于過程中是利用光電池電解水，故而能量轉化形式為：光能→電能→化學能，考慮到學生實際，所以答案可以簡化為：光能→化學能，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；光能→（電能→）化學能．

點評：以物質結構為基礎，考查原子結構、分子結構，元素周期表和元素周期律，化學方程式的書寫，電極反應式的書寫，不同形式能量間的相互轉化，理解電化學反應原理，難點是（4）題．