Question

A、B、D、E四种元素均为短周期元素，原子序数逐渐增大．A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等．B、D、E三种元素在周期表中的相对位置如表所示，只有E元素的单质能与水反应生成两种酸．甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成，其中只有M分子同时含有三种元素；W为A、B两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料；甲、乙为非金属单质；X分子含有10个电子．它们之间的转化关系如图所示．

B	D
		E

请回答下列问题：
（1）Z的化学式为

 

．W的结构式

 

（2）E的单质与水反应的离子方程式为

 

．
（3）W空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．W空气燃料电池放电时，正极反应式为

 

，负极反应式为

 

．．当产生标况下8.96L乙气体，则燃料电池中转移电子的物质的量为

 

．
（4）将一定量的A₂、B₂的混合气体放入1L密闭容器中，在500℃、2×10⁷ Pa下达到平衡．测得平衡气体的总物质的量为0.50mol，其中A₂为0.3mol，B₂为0.1mol．则该条件下A₂的平衡转化率为

 

，生成物的体积分数为

 

（结果保留3位有效数字）．

Answer 1

考点：无机物的推断

专题：

分析：A、B、D、E四种元素均为短周期元素，原子序数逐渐增大．A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等，推知元素A是H；由元素在周期表中位置，可知B、D位于第二周期，E位于第三周期，有E元素的单质能与水反应生成两种酸，则E为Cl，可推知B为N元素、D为O元素；
甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由H、N、O三种元素中的一种或几种组成，W为H、N两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料，则W为N₂H₄；甲、乙为非金属单质，X分子含有10个电子，结合转化关系可知，甲是O₂、乙是N₂、X是H₂O，依次可推导出Y是NO、Z是NO₂、M是HNO₃，据此解答．

解答： 解：A、B、D、E四种元素均为短周期元素，原子序数逐渐增大．A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等，推知元素A是H；由元素在周期表中位置，可知B、D位于第二周期，E位于第三周期，有E元素的单质能与水反应生成两种酸，则E为Cl，可推知B为N元素、D为O元素；
甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由H、N、O三种元素中的一种或几种组成，W为H、N两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料，则W为N₂H₄；甲、乙为非金属单质，X分子含有10个电子，结合转化关系可知，甲是O₂、乙是N₂、X是H₂O，依次可推导出Y是NO、Z是NO₂、M是HNO₃．
（1）由上述分析可知，Z的化学式为NO₂，W为N₂H₄，结构式为，
故答案为：NO₂；；
（2）E的单质与水反应的离子方程式为：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，
故答案为：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；
（3）正极发生还原反应，氧气在正极得电子，碱性条件下生成OH^-，正极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极发生氧化反应，失去电子，碱性条件下生成氮气与水，负极反应式为：N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O．
产生标况下8.96L氮气，其物质的量为

8.96L

22.4L/mol

=0.4mol，根据电子转移守恒可知，则燃料电池中转移电子的物质的量为0.4mol×2×[0-（-2）]=1.6mol，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O；1.6；
（4）对于反应：3H₂+N₂?2NH₃
开始（mol）：0.45 0.15  0
转化（mol）：0.15  0.05 0.1  
平衡（mol）：0.3  0.1  0.5-0.3-0.1=0.1
则该条件下H₂的平衡转化率为

0.15mol

0.45mol

×100%=33.3%，生成物的体积分数为

0.1mol

0.5mol

×100%=20.0%，
故答案为：33.3%；20.0%．

点评：本题考查元素化合物推断，推断元素是解题关键，需要学生熟练掌握元素化合物结构与性质、掌握化学平衡三段式计算，难度中等．