Question

(11分)已知短周期元素X、W、Z、Y核電荷數依次增大。X為原子半徑最小的元素，W的最外層電子數是次外層的二倍，Y的最外層電子數為電子層數的三倍。
(1)寫出Z單質的電子式_______________________
(2)由X、W、Z三種元素可組成火箭燃料甲，三種元素質量比為2∶6∶7，甲蒸氣密度是同溫同壓下氫氣密度的30倍，甲分子式________。Z、Y可形成多種化合物，其中化合物乙Z₂Y₄可做為火箭燃料燃燒時的供氧劑。雖然化合物甲與乙都有毒，但燃燒產物卻無毒。寫出化合物甲與乙反應的化學方程式：                     ________________________
該反應生成物能量總和　　　　（填“大于”、“小于”或“等于”）反應物能量總和。
(3)X、Y兩種元素的單質已被應用于字宙飛船的燃料電池中，如圖所示，兩個電極均由多孔性碳構成，通入的兩種單質由孔隙逸出并在電極表面放電。

①b是電池的_____________極，a電極上的電極反應式是_________________________，消耗n molY單質時電池內轉移的電子個數約為_______________。
②如果燃料電池中，a電極上改為通入X與W兩種元素形成 的化合物丙(其它條件不變)寫出b電極上的電極反應式是_________________________________。
③如果只把燃料電池電解質改為摻入了三氧化二釔的ZrO₂晶體，它在高溫下傳導O^2－(其它條件不變)，電池工作時，固體電解質里的O^2－向____________極(填a或b)移動，正極反應式為________________________。

Answer 1

(1) （1分）
(2) C₂H₈N₂（1分）。C₂H₈N₂+2N₂O₄=2CO₂↑+3N₂↑+4H₂O↑（2分）   小于。（1分）
(3)①正極（1分），2H₂＋4OH^――4e^－＝4H₂O（1分）。4nN_A（1分）
②O₂＋2H₂O＋4e^－＝4OH^―（1分）   ③a （1分）   O₂＋4e^－＝2O^2－（1分）

根據元素的結構及性質可知，X、W、Z、Y分別為H、C、N、O。
(1)氮氣中含有三鍵，電子式為。
（2）三種元素的質量之比是2∶6∶7，所以原子個數之比是4∶1∶1。又因為甲蒸氣密度是同溫同壓下氫氣密度的30倍，所以甲的相對分子質量是60，則其分子式為C₂H₈N₂。因為燃燒產物無毒，所以產物是氮氣、CO₂和水，方程式為C₂H₈N₂+2N₂O₄=2CO₂↑+3N₂↑+4H₂O↑。由于是放熱反應，所以生成物的總能量小于反應物的總能量。
（3）①原電池中負極失去電子，正極得到電子。所以氫氣在負極通入，正極在正極通入。所以b是正極，a是負極，電極反應式為2H₂＋4OH^――4e^－＝4H₂O。1mol氧氣在反應中得到4mol電子，所以反應式中轉移的電子的數量為4nN_A。
②b電極通入的是氧氣，反應式為O₂＋2H₂O＋4e^－＝4OH^―。
③原電池中電子經導線傳遞到正極，所以陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。正極氧氣得到電子，反應式為O₂＋4e^－＝2O^2－。