Question

2．I．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相對位置如圖所示．

		X
Y	Z			W

其中Y所處的周期序數與族序數相等．按要求回答下列問題：
（1）寫出X的原子結構示意圖．
（2）列舉一個事實說明W非金屬性強于Z：2HClO₄+Na₂SiO₃=2NaClO₄+H₂SiO₃↓（用化學方程式表示）
II．運用所學化學原理，解決下列問題：
（3）已知：Si+2NaOH+H₂O═Na₂SiO₃+2H₂↑．某同學利用單質硅和鐵為電極材料設計原電池（NaOH為電解質溶液），該原電池負極的電極反應式為Si-4e^-+6OH^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1．
工業上生產粗硅的熱化學方程式為2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1；
（5）已知：CO（g）+H₂O（g） $?_{△}^{催化劑}$ H₂（g）+CO₂（g）．右表為該反應在不同溫度時的平衡常數．

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

則：該反應的△H＜0（填“＜”或“＞”）；500℃時進行該反應，且CO和H₂O起始濃度相等，CO平衡轉化率為75%．

Answer 1

分析 I．由元素在周期表中位置，可知X處于第二周期，Y、Z、W處于第三周期，Y所處的周期序數與族序數相等，則Y為Al，可推知Z為Si、X為N、W為Cl；
Ⅱ．（3）負極發生氧化反應，Si在負極失去電子，堿性條件下生成SiO₃^2-、H₂O；
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②-③可得2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g），反應熱也進行相應的計算；
（5）由表中數據可知，升高溫度，平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動；
令CO和H₂O起始物質的量均為1mol，設平衡時參加反應CO的物質的量為xmol，利用三段式表示出各組分物質的量變化量、平衡時各組分物質的量，反應前后氣體體積不發生變化，用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式列方程計算解答．

解答 解：I．由元素在周期表中位置，可知X處于第二周期，Y、Z、W處于第三周期，Y所處的周期序數與族序數相等，則Y為Al，可推知Z為Si、X為N、W為Cl．
（1）N原子結構示意圖為，故答案為：；
（2）說明Cl非金屬性強于Si的方程式為：2HClO₄+Na₂SiO₃=2NaClO₄+H₂SiO₃↓，
故答案為：2HClO₄+Na₂SiO₃=2NaClO₄+H₂SiO₃↓；
Ⅱ．（3）負極發生氧化反應，Si在負極失去電子，堿性條件下生成SiO₃^2-、H₂O，負極電極反應式為：Si-4e^-+6OH^-=SiO₃^2-+3H₂O，
故答案為：Si-4e^-+6OH^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②-③可得：2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1，
故答案為：2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1；
（5）由表中數據可知，升高溫度，平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，即該反應的△H＜0；
令CO和H₂O起始物質的量均為1mol，設平衡時參加反應CO的物質的量為xmol，則：
          CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol）：1      1         0       0
轉化（mol）：x      x         x       x
平衡（mol）：1-x    1-x       x       x
反應前后氣體體積不發生變化，可用物質的量代替濃度計算平衡常數，故$\frac{x×x}{（1-x）×（1-x）}$=9，解得x=0.75，故CO平衡轉化率為$\frac{0.75mol}{1mol}$×100%=75%，
故答案為：＜；75%．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及結構性質位置關系、電極反應式、熱化學方程式、平衡常數影響因素及應用等，難度不大．