题目内容
【题目】八种短周期元素x、y、z、d、e、f、g、h原子序数依次递增,其原子半径、最高正价或最低负价如下表所示。
x | y | z | d | e | f | g | h | |
原子半径/nm | 0.037 | 0.077 | 0.075 | 0.074 | 0.186 | 0.143 | 0.102 | 0.099 |
最高正化合价或最低负化合价 | +1 | +4 | +5 | -2 | +1 | +3 | -2 | -1 |
回答下列问题:
(1)比较d、f常见离子的半径大小(用化学式表示,下同):_______>________;比较g、h的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱:________>__________。
(2)由x、d两种元素组成18电子的分子,其电子式为____________,经测定其为二元弱酸,其酸性比碳酸弱,写出其第一步电离的电离方程式____________。
(3)y、d、e组成物质e2yd3的水溶液呈碱性,其原因是____________________(用离子方程式表示),电解该物质e2yd3的溶液,原理如图所示。
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其中,离子交换膜使用的是__________(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”),阴极产生的物质A的化学式为____________。
(4)f的粉末在1000℃时可与N2反应制备fN。在f的粉末中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于fN的制备,其主要原因是____________________________________。
【答案】O2- Al3+ HClO4 H2SO4
H2O2
H++HO2- CO32- +H2O
HCO3- +OH- HCO3- +H2O
H2CO3 +OH- 阳离子交换膜 H2 NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
【解析】
八种短周期元素x、y、z、d、e、f、g、h原子序数依次递增,结合原子半径、最高正价或最低负价数据可得:x是H元素、y是C元素、z是N元素、d是O元素、e是Na元素、f是Al元素、g是S元素、h是Cl元素。
(1)d是O元素、f是Al元素,O2-与Al3+具有相同电子层结构,核电荷数O2-小于Al3+,所以半径O2->Al3+;g是S元素、h是Cl元素,非金属性Cl>S,所以最高价氧化物对应水化物的酸性:HClO4>H2SO4。
(2)x是H元素、d是O元素,组成的18电子分子为H2O2,属于共价化合物,电子式为:
;其为二元弱酸,则存在电离平衡,第一步电离生成H+和HO2-,故电离方程式为:H2O2
H++HO2-。
(3)y是C元素、d是O元素、e是Na元素,e2yd3为Na2CO3,属于强碱弱酸盐,CO32-水解使溶液呈碱性,离子方程式为:CO32-+H2O
HCO3-+OH-、HCO3-+H2O
H2CO3+OH-;由电解Na2CO3溶液的原理图可得,左边为阳极,发生氧化反应生成氧气,右边为阴极,水中+1价H发生还原反应生成氢气,同时得到NaOH溶液,所以离子交换膜允许Na+通过移向右边,阻止OH-向左移动,故应为阳离子交换膜;阴极产生氢气,化学式为H2。
(4)f是Al元素,所以fN为AlN,Al单质是活泼金属,在空气中易形成Al2O3薄膜,NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜,所以在Al的粉末中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备。