Question

20．W、X、Y、Z、M、G六種主族元素分屬三個短周期，且原子序數依次增大．Y是地殼中含量最多的元素；M與Y同主族；G與Z形成的化合物是廚房常用的調味品；X的簡單氣態氫化物水溶液呈堿性．請回答下列問題：
（1）M在元素周期表中的位置為第三周期ⅥA族，X的簡單氣態氫化物的電子式為，W、Y、Z、M、G形成的簡單離子的半徑大小順序是S^2-＞Cl^-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺（用相應的離子符號表示）．
（2）Y與M的氫化物中，熱穩定性更好的是H₂O（填化學式），原因是O的非金屬性大于S
（3）由 W、Y、Z、M組成的兩種鹽（均含有以上四種元素）的溶液反應可產生MY₂氣體，寫出其反應的離子方程式HSO₃^-+H⁺═H₂O+SO₂↑
（4）如圖1，A、B兩極均為惰性電極，a是Z與G形成的飽和溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則
①電解池中A極上的電極反應式為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-．在A極附近觀察到的現象是有氣泡產生，且溶液呈紅色．
②B電極上的電極反應式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑，檢驗該電極反應產物的方法是用濕潤的淀粉KI試紙，試紙變藍
（5）最近意大利羅馬大學的Funvio Cacace等人獲得了極具理論研究意義的X₄分子．X₄分子結構如圖2所示，已知斷裂lmolX-X吸收167kJ熱量，生成1mo1X₂放出942kJ熱量．根據以上信息和數據，下列說法正確的是BC．
A．X₄沸點比P₄（白磷）高，屬于原子晶體
B．lmol X₄氣體轉變為X₂放出882kJ熱量
C．X₄與X₂互為同素異形體
（6）發射“神六”時用X₂W₄作為火箭發動機的燃料，NO₂為氧化劑，反應生成N₂和水蒸氣．已知生成1mol水蒸氣時放熱284kJ，寫出X₂W₄（g）和NO₂（g）反應的熱化學方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136kJ/mol，
已知H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol，則16g X₂W₄（g）與NO₂反應生成液態水時放出的熱量是328kJ．
同時，X₂W₄可作為新型燃料電池的燃料，在氧氣中燃燒生成氮氣和水，請利用X₂W₄、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，寫出該電池負極的電極反應式N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O，指出電解質溶液中OH^-離子向負極移動．

Answer 1

分析 W、X、Y、Z、M、G六種元素分屬三個短周期，原子序數依次增大，則W應為H元素，Y是地殼中含量最多的元素，則Y為O元素；M與Y同主族，則M為S元素，故G為Cl元素；G與Z形成的化合物是廚房常用的調味品，則Z為Na；X的簡單氣態氫化物水溶液呈堿性，則X為N元素．
（1）主族元素周期數=電子層、主族族序數=最外層電子數；X的簡單氣態氫化物為NH₃，分子中N原子與H原子之間形成1對共用電子對；離子核外電子層數越多，離子半徑越大，核外電子排布相同的離子，核電荷數越大離子半徑越小；
（2）元素非金屬性越強，氫化物越越穩定；
（3）由 H、O、Na、S組成的兩種鹽（均含有以上四種元素）的溶液反應可產生SO₂氣體，應是亞硫酸氫鈉與硫酸氫鈉反應生成硫酸鈉、二氧化硫與水；
（4）①A為電解池陰極，發生還原反應，水放出生成氫氣與氫氧根離子；
②B電極為電解池陽極，發生氧化反應，氯離子放電生成氯氣，用濕潤的淀粉KI試紙檢驗；
（5）A．均屬于分子晶體，相對分子質量越大沸點越大；
故A錯誤；
B．1molN₄氣體中含有6molN-N鍵，可生成2molN₂，形成2molN≡N鍵，反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，據此計算判斷；
C．X₄與X₂都由同種元素構成的不同單質，二者為同素異形體；
（6）用N₂H₄作為火箭發動機的燃料，NO₂為氧化劑，反應生成N₂和水蒸氣，反應方程式為：2N₂H₄+2NO₂═3N₂+4H₂O，計算生成4mol水蒸氣放出的熱量，注明聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
16g N₂H₄（g）的物質的量為$\frac{16g}{32g/mol}$=0.5mol，根據方程式計算出生成氣態水放出的熱量，氣態水轉化為液態水也放出熱量，進而計算生成液態水放出的熱量；
用N₂H₄、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，負極上N₂H₄失電子發生氧化反應，堿性條件下生成氮氣與水，電解質溶液中陰離子向負極移動．

解答 解：W、X、Y、Z、M、G六種元素分屬三個短周期，原子序數依次增大，則W應為H元素，Y是地殼中含量最多的元素，則Y為O元素；M與Y同主族，則M為S元素，故G為Cl元素；G與Z形成的化合物是廚房常用的調味品，則Z為Na；X的簡單氣態氫化物水溶液呈堿性，則X為N元素．
（1）M為S元素，原子核外有3個電子層，最外層電子數為6，故其處于第三周期ⅥA族；X的簡單氣態氫化物為NH₃，電子式為；離子核外電子層數越多，離子半徑越大，核外電子排布相同的離子，核電荷數越大離子半徑越小，故離子半徑：為S^2-＞Cl^-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺，
故答案為：第三周期ⅥA族；；S^2-＞Cl^-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺；
（2）由于非金屬性O＞S，故氫化物穩定性H₂O＞H₂S，
故答案為：H₂O；O的非金屬性大于S；
（3）由 H、O、Na、S組成的兩種鹽（均含有以上四種元素）的溶液反應可產生SO₂氣體，應是亞硫酸氫鈉與硫酸氫鈉反應生成硫酸鈉、二氧化硫與水，反應離子方程式為：HSO₃^-+H⁺═H₂O+SO₂↑，
故答案為：HSO₃^-+H⁺═H₂O+SO₂↑；
（4）如圖1，A、B兩極均為惰性電極，a是NaCl飽和溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①A為電解池陰極，發生還原反應，水放出生成氫氣與氫氧根離子，電極反應式為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，現象為：有氣泡產生，且溶液呈紅色，
故答案為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-；有氣泡產生，且溶液呈紅色；
②B電極為電解池陽極，發生氧化反應，氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，用濕潤的淀粉KI試紙，試紙變藍，
故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；用濕潤的淀粉KI試紙，試紙變藍；
（5）A．X₄沸點比P₄（白磷）低，屬于分子晶體，故A錯誤；
B．1molN₄氣體中含有6molN-N鍵，可生成2molN₂，形成2molN≡N鍵，則1moN₄氣體轉變為N₂化學鍵斷裂斷裂吸收的熱量為6×167KJ=1002KJ，形成化學鍵放出的熱量為2×942kJ=1884KJ，所以反應放熱，放出的熱量為1884KJ-1002KJ=882KJ，故B正確；
C．X₄與X₂都由同種元素構成的不同單質，為同素異形體，故C正確．
故答案為：BC；
（6）用N₂H₄作為火箭發動機的燃料，NO₂為氧化劑，反應生成N₂和水蒸氣，反應方程式為：2N₂H₄+2NO₂═3N₂+4H₂O，已知生成1mol水蒸氣時放熱284kJ，則反應的熱化學方程式為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136kJ/mol，
16g N₂H₄（g）的物質的量為$\frac{16g}{32g/mol}$=0.5mol，由方程式可知生成水為0.5mol×2=1mol，已知H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol，與NO₂反應生成液態水時放出的熱量是1136kJ/mol×$\frac{1}{4}$+1mol×44kJ/mol=328kJ，
用N₂H₄、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，負極上N₂H₄失電子發生氧化反應，電極反應式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O，電解質溶液中OH^-離子向負極移動
故答案為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136kJ/mol；328；₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O；負．

點評 本題考查結構性質位置關系應用，涉及半徑比較、元素周期律、原電池、電解池、熱化學方程式書寫及反應熱計算、元素化合物推斷等，推斷元素是解題關鍵，注意對基礎知識的理解掌握，難度中等．