Question

20．W、X、Y、Z、M、G六种主族元素分属三个短周期，且原子序数依次增大．Y是地壳中含量最多的元素；M与Y同主族；G与Z形成的化合物是厨房常用的调味品；X的简单气态氢化物水溶液呈碱性．请回答下列问题：
（1）M在元素周期表中的位置为第三周期ⅥA族，X的简单气态氢化物的电子式为，W、Y、Z、M、G形成的简单离子的半径大小顺序是S^2-＞Cl^-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺（用相应的离子符号表示）．
（2）Y与M的氢化物中，热稳定性更好的是H₂O（填化学式），原因是O的非金属性大于S
（3）由 W、Y、Z、M组成的两种盐（均含有以上四种元素）的溶液反应可产生MY₂气体，写出其反应的离子方程式HSO₃^-+H⁺═H₂O+SO₂↑
（4）如图1，A、B两极均为惰性电极，a是Z与G形成的饱和溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中A极上的电极反应式为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-．在A极附近观察到的现象是有气泡产生，且溶液呈红色．
②B电极上的电极反应式为2Cl^--2e^-═Cl₂↑，检验该电极反应产物的方法是用湿润的淀粉KI试纸，试纸变蓝
（5）最近意大利罗马大学的Funvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的X₄分子．X₄分子结构如图2所示，已知断裂lmolX-X吸收167kJ热量，生成1mo1X₂放出942kJ热量．根据以上信息和数据，下列说法正确的是BC．
A．X₄沸点比P₄（白磷）高，属于原子晶体
B．lmol X₄气体转变为X₂放出882kJ热量
C．X₄与X₂互为同素异形体
（6）发射“神六”时用X₂W₄作为火箭发动机的燃料，NO₂为氧化剂，反应生成N₂和水蒸气．已知生成1mol水蒸气时放热284kJ，写出X₂W₄（g）和NO₂（g）反应的热化学方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136kJ/mol，
已知H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol，则16g X₂W₄（g）与NO₂反应生成液态水时放出的热量是328kJ．
同时，X₂W₄可作为新型燃料电池的燃料，在氧气中燃烧生成氮气和水，请利用X₂W₄、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，写出该电池负极的电极反应式N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O，指出电解质溶液中OH^-离子向负极移动．

Answer 1

分析 W、X、Y、Z、M、G六种元素分属三个短周期，原子序数依次增大，则W应为H元素，Y是地壳中含量最多的元素，则Y为O元素；M与Y同主族，则M为S元素，故G为Cl元素；G与Z形成的化合物是厨房常用的调味品，则Z为Na；X的简单气态氢化物水溶液呈碱性，则X为N元素．
（1）主族元素周期数=电子层、主族族序数=最外层电子数；X的简单气态氢化物为NH₃，分子中N原子与H原子之间形成1对共用电子对；离子核外电子层数越多，离子半径越大，核外电子排布相同的离子，核电荷数越大离子半径越小；
（2）元素非金属性越强，氢化物越越稳定；
（3）由 H、O、Na、S组成的两种盐（均含有以上四种元素）的溶液反应可产生SO₂气体，应是亚硫酸氢钠与硫酸氢钠反应生成硫酸钠、二氧化硫与水；
（4）①A为电解池阴极，发生还原反应，水放出生成氢气与氢氧根离子；
②B电极为电解池阳极，发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，用湿润的淀粉KI试纸检验；
（5）A．均属于分子晶体，相对分子质量越大沸点越大；
故A错误；
B．1molN₄气体中含有6molN-N键，可生成2molN₂，形成2molN≡N键，反应热=反应物总键能-生成物总键能，据此计算判断；
C．X₄与X₂都由同种元素构成的不同单质，二者为同素异形体；
（6）用N₂H₄作为火箭发动机的燃料，NO₂为氧化剂，反应生成N₂和水蒸气，反应方程式为：2N₂H₄+2NO₂═3N₂+4H₂O，计算生成4mol水蒸气放出的热量，注明聚集状态与反应热书写热化学方程式；
16g N₂H₄（g）的物质的量为$\frac{16g}{32g/mol}$=0.5mol，根据方程式计算出生成气态水放出的热量，气态水转化为液态水也放出热量，进而计算生成液态水放出的热量；
用N₂H₄、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，负极上N₂H₄失电子发生氧化反应，碱性条件下生成氮气与水，电解质溶液中阴离子向负极移动．

解答 解：W、X、Y、Z、M、G六种元素分属三个短周期，原子序数依次增大，则W应为H元素，Y是地壳中含量最多的元素，则Y为O元素；M与Y同主族，则M为S元素，故G为Cl元素；G与Z形成的化合物是厨房常用的调味品，则Z为Na；X的简单气态氢化物水溶液呈碱性，则X为N元素．
（1）M为S元素，原子核外有3个电子层，最外层电子数为6，故其处于第三周期ⅥA族；X的简单气态氢化物为NH₃，电子式为；离子核外电子层数越多，离子半径越大，核外电子排布相同的离子，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径：为S^2-＞Cl^-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺，
故答案为：第三周期ⅥA族；；S^2-＞Cl^-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺；
（2）由于非金属性O＞S，故氢化物稳定性H₂O＞H₂S，
故答案为：H₂O；O的非金属性大于S；
（3）由 H、O、Na、S组成的两种盐（均含有以上四种元素）的溶液反应可产生SO₂气体，应是亚硫酸氢钠与硫酸氢钠反应生成硫酸钠、二氧化硫与水，反应离子方程式为：HSO₃^-+H⁺═H₂O+SO₂↑，
故答案为：HSO₃^-+H⁺═H₂O+SO₂↑；
（4）如图1，A、B两极均为惰性电极，a是NaCl饱和溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：①A为电解池阴极，发生还原反应，水放出生成氢气与氢氧根离子，电极反应式为：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，现象为：有气泡产生，且溶液呈红色，
故答案为：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-；有气泡产生，且溶液呈红色；
②B电极为电解池阳极，发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，用湿润的淀粉KI试纸，试纸变蓝，
故答案为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；用湿润的淀粉KI试纸，试纸变蓝；
（5）A．X₄沸点比P₄（白磷）低，属于分子晶体，故A错误；
B．1molN₄气体中含有6molN-N键，可生成2molN₂，形成2molN≡N键，则1moN₄气体转变为N₂化学键断裂断裂吸收的热量为6×167KJ=1002KJ，形成化学键放出的热量为2×942kJ=1884KJ，所以反应放热，放出的热量为1884KJ-1002KJ=882KJ，故B正确；
C．X₄与X₂都由同种元素构成的不同单质，为同素异形体，故C正确．
故答案为：BC；
（6）用N₂H₄作为火箭发动机的燃料，NO₂为氧化剂，反应生成N₂和水蒸气，反应方程式为：2N₂H₄+2NO₂═3N₂+4H₂O，已知生成1mol水蒸气时放热284kJ，则反应的热化学方程式为：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136kJ/mol，
16g N₂H₄（g）的物质的量为$\frac{16g}{32g/mol}$=0.5mol，由方程式可知生成水为0.5mol×2=1mol，已知H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol，与NO₂反应生成液态水时放出的热量是1136kJ/mol×$\frac{1}{4}$+1mol×44kJ/mol=328kJ，
用N₂H₄、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，负极上N₂H₄失电子发生氧化反应，电极反应式为：N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O，电解质溶液中OH^-离子向负极移动
故答案为：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1136kJ/mol；328；₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂↑+4H₂O；负．

点评 本题考查结构性质位置关系应用，涉及半径比较、元素周期律、原电池、电解池、热化学方程式书写及反应热计算、元素化合物推断等，推断元素是解题关键，注意对基础知识的理解掌握，难度中等．