题目内容

8.Ⅰ.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相对位置如图所示,其中Y所处的周期序数与族序数相等.按要求回答下列问题:

(1)写出X的原子结构示意图
(2)Y、Z、W的简单离子半径由大到小顺序为S2->Cl->Al3+(用离子符号表示).
(3)含Y的某种盐常用作净水剂,其净水原理是Al3+3H2O?Al(OH)3(胶体)+3H+(用离子方程式表示).
Ⅱ.运用所学化学原理,解决下列问题:
(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
工业上生产粗硅的热化学方程式为2C(s)+SiO2(s)=2CO(g)+Si(s)△H=(a+b-c)kJ•mol-1
温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
(5)已知:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g).表为该反应在不同温度时的平衡常数.该反应的△H<0(填“>”、“<”);500℃时进行该反应,且CO和H2O起始浓度相等,CO平衡转化率为75%.
(6)以熔融K2CO3为电解质的一种新型氢氧燃料电池工作原理如图所示.写出电极A的电极反应式H2-2e-+CO32-═CO2+H2O.

分析 Ⅰ.由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中相对位置可知,X处于第二周期,其余元素处于第三周期,其中Y所处的周期序数与族序数相等,处于ⅢA族,则Y为Al、Z为Si、X为N、W为Cl,据此解答;
Ⅱ.(4)根据盖斯定律书写目标热化学方程式;
(5)由表中数据可知,升高温度,平衡常数减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应;
CO和H2O起始浓度相等,令他们的浓度为1mol/L,设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L,利用三段式表示出平衡时各组分的浓度,根据平衡常数列方程计算,进而计算CO转化率;
(6)A为负极氢气发生氧化反应,生成的氢离子与电解质溶液中的碳酸根离子结合生成二氧化碳和水,电极反应式为:H2-2e-+CO32-═CO2+H2O.

解答 解:Ⅰ.由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中相对位置可知,X处于第二周期,其余元素处于第三周期,其中Y所处的周期序数与族序数相等,处于ⅢA族,则Y为Al、Z为Si、X为N、W为Cl,
(1)X为N元素,原子结构示意图为,故答案为:
(2)电子层数越多半径越大,电子层数相同时,核电荷数越多半径越小,所以Y、Z、W的简单离子半径由大到小顺序为:S2->Cl->Al3+,故答案为:S2->Cl->Al3+
(3)含铝盐溶液中铝离子水解得到氢氧化铝胶体,可以用作净水剂,净水原理离子方程式为:Al3+3H2O?Al(OH)3(胶体)+3H+
故答案为:Al3+3H2O?Al(OH)3(胶体)+3H+
Ⅱ.(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
根据盖斯定律,①+②-③得:2C(s)+SiO2(s)=2CO(g)+Si(s)△H=(a+b-c) kJ•mol-1
故答案为:2C(s)+SiO2(s)=2CO(g)+Si(s)△H=(a+b-c) kJ•mol-1
(5)由表中数据可知,升高温度,平衡常数减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,即△H<0;
CO和H2O起始浓度相等,令他们的起始浓度为1mol/L,设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L,则:
            CO(g)+H2O(g)═H2(g)+CO2(g)
开始(mol/L):1       1       0       0
转化(mol/L):x       x       x       x
平衡(mol/L):1-x     1-x     x       x
故$\frac{x•x}{(1-x)•(1-x)}$=9,解得x=0.75,
故CO的转化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%,
故答案为:<;75%;
(6)A为负极氢气发生氧化反应,生成的氢离子与电解质溶液中的碳酸根离子结合生成二氧化碳和水,电极反应式为:H2-2e-+CO32-═CO2+H2O,故答案为:H2-2e-+CO32-═CO2+H2O.

点评 本题考查结构性质位置关系应用、原电池、热化学方程式、化学平衡计算等,侧重对基础知识的巩固,(5)注意三行式在解题中的综合应用,难度不大.

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