Question

短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，B是形成化合物种类最多的元素，C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，D是同周期中金属性最强的元素，E的负一价离子与C的某种氢化物分子含有相同的电子数．
（1）A、C、D形成的化合物中含有的化学键类型为

 

．
（2）已知：
①E-E→2E△H=+a kJ?mol^-1；
②2A→A-A△H=-b kJ?mol^-1；
③E+A→A-E△H=-c kJ?mol^-1；
写出298K时，A₂与E₂反应的热化学方程式

 

．
（3）在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，使之发生反应：2A₂（g）+BC（g）?X（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0，X为A、B、C三种元素组成的一种化合物）．初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如下：

实验	甲	乙	丙
初始投料	2molA2、1molBC	1molX	4molA2、2molBC
平衡时n（X）	0.5mol	n2	n3
反应的能量变化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
体系的压强	P1	P2	P3
反应物的转化率	α1	α2	α3

①在该温度下，假设甲容器从反应开始到平衡所需时间为4min，则A₂的平均反应速率v（A₂）=

 

．

②计算该温度下此反应的平衡常数K=

 

．
③三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是

 

（填字母）．
A．α₁+α₂=1
B．Q₁+Q₂=a
C．α₃＜α₁
D．P₃＜2P₁=2P₂
E．n₂＜n₃＜1.0mol
F．Q₃=2Q₁
④在其他条件不变的情况下，将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min达到新的平衡时A₂的总转化率为75%，请在图1中画出第5min到新平衡时X的物质的量浓度的变化曲线．
（4）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高温燃料电池，被称为第二代燃料电池．目前已接近商业化，示范电站规模已达2MW，从技术发展趋势来看，是未来民用发电的理想选择方案之一．现以A₂（g）、BC（g）为燃料，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质．写出碳酸盐燃料电池（MCFC）正极电极反应式

 

．

Answer 1

考点：位置结构性质的相互关系应用,热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论,元素周期律与元素周期表专题

分析：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，则A为H元素；B是形成化合物种类最多的元素，则B为C元素；C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，C原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；D是同周期中金属性最强的元素，处于ⅠA，结合原子序数可知，D处于第三周期，故D为Na；E的负一价离子与C的某种氢化物分子含有相同的电子数，可推知E为Cl，据此解答．
（1）活泼金属和活泼非金属元素之间易形成离子键、非金属元素之间易形成共价键；
（2）根据盖斯定律计算；
（3）①根据v=

△n V

△t

计算；②根据平衡常数公式计算；③根据等效平衡分析；④根已知条件求出甲醇在5min和8min时的物质的量浓度，然后再作图即可；
（4）根据电极上得失电子书写电极反应式．

解答： 解：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，则A为H元素；B是形成化合物种类最多的元素，则B为C元素；C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，C原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；D是同周期中金属性最强的元素，处于ⅠA，结合原子序数可知，D处于第三周期，故D为Na；E的负一价离子与C的某种氢化物分子含有相同的电子数，可推知E为Cl，
（1）A、C、D形成的化合物是NaOH，NaOH中钠离子和氢氧根离子之间存在离子键、H原子核O原子之间存在极性共价键，故答案为：离子键、极性键（或共价键）；
（2）①E-E→2E△H=+a kJ?mol^-1；
②2A→A-A△H=-b kJ?mol^-1；
③E+A→A-E△H=-c kJ?mol^-1；
将方程式①+②-2③得H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）kJ?mol^-1，
故答案为：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）kJ?mol^-1；
（3）①在该温度下，假设甲容器从反应开始到平衡所需时间为4min，生成0.5molX需要n（A₂）=2n（X）=1mol，则

1mol 2L

4min

=0.125mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.125mol?L^-1?min^-1；
②平衡时c（X）=

0.5mol

2L

=0.25mol/L，c（A₂）=

(2-0.5×2)mol

2L

=0.5mol/L，c（BC）=

(1-0.5)mol

2L

=0.25mol/L，则平衡常数K=

0.25mol/L

(0.5mol/L)2．(0.25mol/L)

=4 L²/mol²，故答案为：4 L²/mol²；
③甲容器反应物投入2molH₂、1molCO与乙容器反应物投入2mol CH₃OH在保持恒温、恒容情况下是等效平衡，平衡时CH₃OH的物质的量n₂=0.5mol、p₁=p₂、α₁+α₂=1、Q₁+Q₂能量总变化相当于2molH₂、1molCO完全转化成2mol CH₃OH的能量，即吸放热Q₁+Q₂数值上就等于akJ；甲容器反应物投入量2molH₂、1molCO与丙容器反应物投入量4molH₂、2molCO，若恒温且丙容器容积是甲容器2倍，则甲容器与丙容器也是等效平衡，然而现在是温度、容积相同的3个密闭容器，我们可以当成是在恒温且容积是甲容器两倍条件下，体积受到了压缩，原反应正向气体体积减少，由平衡移动原理，则相较于甲容器（或假设状况）而言，丙容器平衡向逆向移动，也就是说，丙容器的转化率比甲容器还要低一些，因此α₁+α₂=1、Q₁+Q₂=a；α₃＞α₁；P₃＜2P₁=2P₂、n₃＜n₂＜1.0mol、Q₃＞2Q₁，故答案为：ABD；
④将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min 达到新的平衡时，
        2H₂（g）+CO（g）?CH₄O（g）
初始量：2        1        0
变化量：1.5      0.75      0.75
平衡量：0.5      0.25     0.75
所以达到平衡时，甲醇的物质的量浓度是0.75mol/L，在第5min时，由于体积减半，所以甲醇的浓度应该加倍，即为0.25mol/L×2=0.5mol/L，所以5-8min内，甲醇的物质的量浓度从0.5mol/L升高到0.75mol/L，如图所示：
故答案为：；
（4）碳酸盐燃料电池正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

点评：本题考查元素推断、化学键、热化学方程式的书写、化学平衡常数计算、平衡移动原理的综合应用、图象的分析和表达及新型电池的理解和应用，难点是等效平衡的分析，题目难度较大．