Question

17．有A、B、C、D四種短周期元素，其原子序數依次增大．A、B可形成A₂B和A₂B₂兩種化合物，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃兩種化合物．回答下列問題．
（1）A₂B的電子式為．
（2）CB₂通入A₂B₂溶液中可被氧化為W，用W的溶液（體積為1L，假設變化前后溶液體積變化忽略不計）組裝成原電池（如圖所示）．

在b電極上發(fā)生的反應可表示為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，則在a電極上發(fā)生的反應可表示為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄．若電池工作一段時間后，a極消耗0.05mol Pb，則W的濃度由質量分數39% （密度1.3g/cm³）變?yōu)?.07mol/L．
（3）金屬元素E是中學化學常見元素，位于元素周期表的第四周期．該元素可與D形成ED₂和ED₃兩種化合物．將E的單質浸入ED₃溶液中（如圖甲所示），溶液由黃色逐漸變?yōu)闇\綠色，該反應的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（4）依據（3）中的反應，可用單質E和石墨為電極設計一個原電池，則在該原電池工作時，石墨一極發(fā)生的反應可以表示為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．比較甲、乙兩圖，說明石墨除形成閉合回路外所起的作用是使還原反應和氧化反應在電解質溶液中的不同區(qū)域內發(fā)生．

Answer 1

分析 有A、B、C、D四種短周期元素，其原子序數依次增大，A、B可形成A₂B和A₂B₂兩種化合物，可能為H₂O、H₂O₂或Na₂O、Na₂O₂，可推知A為H元素，B為O元素，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃兩種化合物，應為SO₂和SO₃，則C為S元素，故D應為Cl元素．
（1）A₂B為H₂O，屬于共價化合物，分子中氧原子與H原子之間形成1對共用電子對；
（2）SO₂通入H₂O₂溶液中可被氧化為W，則W為H₂SO₄，b電極發(fā)生還原反應，則a電極發(fā)生還原反應，Pb失去電子生成PbSO₄；
反應的總方程式為PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，計算消耗H₂SO₄的物質的量，可得硫酸濃度減小量，根據c=$\frac{1000ρw}{M}$計算原溶液中硫酸物質的量濃度，進而計算一段時間后硫酸的物質的量濃度；
（3）金屬元素E是中學化學常見元素，位于元素周期表的第四周期，該元素可與D形成ED₂和ED₃兩種化合物，則E為Fe元素，Fe與氯化鐵反應生成氯化亞鐵；
（4）石墨--鐵在氯化鐵電解質溶液中形成原電池，Fe為負極，失去電子生成Fe²⁺，石墨為正極，Fe³⁺離子在正極獲得電子生成Fe²⁺．

解答 解：有A、B、C、D四種短周期元素，其原子序數依次增大，A、B可形成A₂B和A₂B₂兩種化合物，可能為H₂O、H₂O₂或Na₂O、Na₂O₂，可推知A為H元素，B為O元素，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃兩種化合物，應為SO₂和SO₃，則C為S元素，故D應為Cl元素．
（1）A₂B為H₂O，屬于共價化合物，其電子式為：，
故答案為：；
（2）SO₂通入H₂O₂溶液中可被氧化為W，則W為H₂SO₄，b電極發(fā)生還原反應，則a電極發(fā)生還原反應，Pb失去電子生成PbSO₄，負極電極反應式為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，
反應的總方程式為PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，a極消耗0.05mol Pb，則消耗0.1molH₂SO₄，已知溶液體積為1L，硫酸濃度減小量為$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，原H₂SO₄溶液的質量分數39% （密度1.3g/cm³），則一段時間后溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{1000×1.3×39%}{98}$mol/L-$\frac{0.1mol}{1L}$=5.07mol/L，
故答案為：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；5.07；
（3）金屬元素E是中學化學常見元素，位于元素周期表的第四周期，該元素可與D形成ED₂和ED₃兩種化合物，則E為Fe元素，將Fe浸入到FeCl₃中，發(fā)生反應為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，溶液由黃色逐漸變?yōu)闇\綠色，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）石墨--鐵在氯化鐵電解質溶液中形成原電池，Fe為負極，失去電子生成Fe²⁺，負極電極反應式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，石墨為正極，Fe³⁺離子在正極獲得電子生成Fe²⁺，正極電極反應式為：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．比較甲、乙兩圖，說明石墨除形成閉合回路外所起的作用是：使還原反應和氧化反應在電解質溶液中的不同區(qū)域內發(fā)生，
故答案為：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；使還原反應和氧化反應在電解質溶液中的不同區(qū)域內發(fā)生．

點評 本題以元素推斷為載體，考查電子式、原電池原理的應用、化學計算等，題目難度中等，正確推斷元素的種類為解答該題的關鍵，注意掌握原電池中電極方程式的書寫．