Question

6．部分中學化學常見元素的原子結構和性質如下表所示：

元素代號	部分特征
A	單質為相同條件下密度最小的氣體
B	基態原子最外層電子排布式為nsnnpn
C	與元素E處于同一周期且電負性僅次于E
D	位于第三周期且第一電離能最小
E	雙原子分子單質在標準狀況下密度為1.4285g/L
F	生活中常用的金屬，在空氣中表面通常形成一層致密的氧化膜

請回答下列問題：（所有問題答案都要用元素符號或化學式表示）
（1）C、D、E的原子半徑由大到小的順序為Na＞N＞O，B、C、E的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C．
（2）A、D、E中的某些元素間可以形成多種化合物，其中有一種既含有離子鍵又含有極性共價鍵，寫出其電子式；F的氧化物既可以和強酸反應也可以和強堿反應，試寫出其氧化物與NaOH溶液反應的離子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（3）由A和C可以形成多種化合物，其中一種為六原子化合物甲（C₂A₄），甲可用作發射衛星時的燃料，用NO₂為氧化劑時，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣．已知：
①N₂（s）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②甲（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ•mol^-1
寫出甲與NO₂反應的熱化學方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7 kJ•mol^-1．
（4）在一容積固定的密閉容器中模擬工業制取NH₃的反應N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃，并保持溫度不變，已知初始加入1molN₂和4molH₂，且達到平衡后生成amolNH₃，則達到平衡后，NH₃在混合氣體中的體積分數為$\frac{a}{5-a}$；若在恒溫恒壓的實驗條件下，若改為加入2molN₂和10molH₂，要求平衡后NH₃的質量分數與上次相同，在還應加入4molNH₃．

Answer 1

分析 單質A為相同條件下密度最小的氣體，則A為H元素；B基態原子最外層電子排布式為nsⁿnpⁿ，s能級容納2個電子，則n=2，故B為碳元素；E的單質為雙原子分子，在標準狀況下密度為1.4285g/L，則其摩爾質量=1.4285g/L×22.4L/mol=32g/mol，則E為O元素；C與元素E處于同一周期且電負性僅次于E，則C為N元素；D位于第三周期且第一電離能最小，則D為Na；F是生活中常用的金屬，在空氣中表面通常形成一層致密的氧化膜，則F為Al．
（1）同周期自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大；同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，氮元素原子2p能級未半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；（2）A、D、E中的某些元素間可以形成多種化合物，其中有一種既含有離子鍵又含有極性共價鍵的為NaOH，由鈉離子與氫氧根離子構成；F的氧化物為氧化鋁，與NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉與水；
的離子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
（3）由A和C可以形成多種化合物，其中一種為六原子化合物甲為N₂H₄，甲可用作發射衛星時的燃料，用NO₂為氧化劑時，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣．
已知：①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂ （g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，②×2-①得：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（4）根據方程式計算平衡時各組分物質的量，進而計算氨氣體積分數；
若在恒溫恒壓的實驗條件下，若改為加入2molN₂和10molH₂，要求平衡后NH₃的質量分數與原平衡相同，為等效平衡，滿足氮氣與氫氣的起始投料比為1：4．

解答 解：單質A為相同條件下密度最小的氣體，則A為H元素；B基態原子最外層電子排布式為nsⁿnpⁿ，s能級容納2個電子，則n=2，故B為碳元素；E的單質為雙原子分子，在標準狀況下密度為1.4285g/L，則其摩爾質量=1.4285g/L×22.4L/mol=32g/mol，則E為O元素；C與元素E處于同一周期且電負性僅次于E，則C為N元素；D位于第三周期且第一電離能最小，則D為Na；F是生活中常用的金屬，在空氣中表面通常形成一層致密的氧化膜，則F為Al．
（1）同周期自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大，故原子半徑Na＞N＞O，同周期隨原子序數增大，元素第一電離能呈增大趨勢，氮元素原子2p能級未半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能N＞O＞C，
故答案為：Na＞N＞O；N＞O＞C；
（2）A（H）、D（Na）、E（O）中的某些元素間可以形成多種化合物，其中有一種既含有離子鍵又含有極性共價鍵的為NaOH，其電子式為；F的氧化物為氧化鋁，既可以和強酸反應也可以和強堿反應，與NaOH溶液反應的離子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（3）由A和C可以形成多種化合物，其中一種為六原子化合物甲為N₂H₄，甲可用作發射衛星時的燃料，用NO₂為氧化劑時，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣．
已知：①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂ （g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，②×2-①得：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7 kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7 kJ•mol^-1；
（4）已知初始加入1molN₂和4molH₂，且達到平衡后生成amolNH₃，則：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1        4        0
變化量（mol）：0.5a     1.5a     a
平衡量（mol）：1-0.5a   4-1.5a   a
則達到平衡后，NH₃在混合氣體中的體積分數為$\frac{amol}{（1-0.5a+4-1.5a+a）mol}$=$\frac{a}{5-a}$；
若在恒溫恒壓的實驗條件下，若改為加入2molN₂和10molH₂，要求平衡后NH₃的質量分數與上次相同，為等效平衡，滿足氮氣與氫氣的起始投料比為1：4，設加入氨氣為xmol，則（2+0.5x）：（10+1.5x）=1：4，解得x=4，
故答案為：$\frac{a}{5-a}$；4．

點評 本題考查結構性質位置關系應用、化學平衡有關計算、熱化學方程式書寫、元素周期律等，明確元素種類是關鍵，注意同周期第一電離能異常情況．