Question

原子序数依次增大的四种短周期元素X、Y、Z、W，其相关信息如下表：

元素	相关信息
X	X的一种同素异形体是一种最软的矿物，常用于制造电极
Y	Y的氢化物常温下呈气态，其水溶液能使酚酞试液变红
Z	Z的最高价氧化物的水化物，在熔化状态下电离出离子数和电荷数均相等的阴阳离子
W	W的基态原子的每个原子轨道均有电子填充，但只有一个未成对电子

（1）W位于元素周期表第

 

周期第

 

族，能说明X、Y非金属性强弱的依据是

 

（任写一点）．
（2）X、Y形成的气态氢化物中，易溶于水的是

 

（用化学式表示，下同）．Y和Z的氢化物熔点较高的是

 

．
（3）层状晶体g-X₃Y₄（用X₃Y₄表示），渗有少量金属或非金属后，常用于光催化分解水．水热法合成g-X₃Y₄是将W₃X₃Y₃和ZY₃在惰性气体中，在180℃反应12小时，再经洗涤除去食盐而制得．其化学方程式：

 

．
（4）g-X₃Y₄做催化剂，完全光分解水过程的基本原理，如图所示：
阳极反应过程为：
g-X₃Y₄+2hv→g-X₃Y₄+2h⁺+2e
2H₂O+2h⁺→2H₂O⁺→2?OH+2H⁺
2?OH→H₂O+

1

2O2

式中hv 表示光子，h⁺表示电子激发迁移后的空穴，有强氧化性；?OH表示羟基自由基．请写出阴极反应式：

 

；整个过程中能量的转化形式为

 

．

Answer 1

考点：位置结构性质的相互关系应用

专题：元素周期律与元素周期表专题

分析：X的一种同素异形体是一种最软的矿物，常用于制造电极，且X为短周期元素，则X为C元素；
Y的氢化物常温下呈气态，其水溶液能使酚酞试液变红，Y的氢化物的水溶液呈碱性，则Y为N元素；
Z的最高价氧化物的水化物，在熔化状态下电离出离子数和电荷数均相等的阴阳离子，且Z为短周期元素，其原子序数大于Y，则Z为Na元素；
W的基态原子的每个原子轨道均有电子填充，但只有一个未成对电子，且W原子序数大于Z，为短周期元素，则W为Cl元素，再结合物质结构、性质分析解答．

解答： 解：X的一种同素异形体是一种最软的矿物，常用于制造电极，且X为短周期元素，则X为C元素；
Y的氢化物常温下呈气态，其水溶液能使酚酞试液变红，Y的氢化物的水溶液呈碱性，则Y为N元素；
Z的最高价氧化物的水化物，在熔化状态下电离出离子数和电荷数均相等的阴阳离子，且Z为短周期元素，其原子序数大于Y，则Z为Na元素；
W的基态原子的每个原子轨道均有电子填充，但只有一个未成对电子，且W原子序数大于Z，为短周期元素，则W为Cl元素，
（1）W为Cl元素，其原子核外有3个电子层、最外层有7个电子，则W位于第三周期第VIIA族，元素的非金属性越强，其最高价氧化物的水化物酸性越强，酸性：硝酸＞碳酸，所以非金属性N＞C，
故答案为：三；ⅦA；硝酸比碳酸强；
（2）X是C元素、Y是N元素，X、Y形成的气态氢化物中，易溶于水的是NH₃，因为氨气和水都是极性分子，根据相似相溶原理、氨气和水分子之间易形成氢键知，氨气极易溶于水；Y的氢化物是氨气、Z的氢化物是NaH，氨气属于分子晶体、NaH属于离子晶体，离子晶体熔点高于分子晶体，所以Y和Z的氢化物熔点较高的是NaH，故答案为：NH₃；NaH；
（3）水热法合成g-C₃N₄是将Cl₃C₃N₃和NaN₃在惰性气体中，在180℃反应12小时，再经洗涤除去食盐而制得，同时该反应还生成氮气，则反应方程式为3NaN₃+Cl₃C₃N₃

180℃      .

惰性气体

C₃N₄+3NaCl+4N₂↑，故答案为：3NaN₃+Cl₃C₃N₃

180℃      .

惰性气体

C₃N₄+3NaCl+4N₂↑；
（4）光催化分解水是半导体材料C₃N₄在特定波长的光照下，电子激发形成空穴，电子转入导带，在导带和禁带形成带隙，带隙比分解水产生氢气和氧气的电位差要大很多，能实现电解水．导带中电子迁移到（通常是Pt等）表面，发生反应2H⁺+2e^-=H₂↑；空穴迁移到禁带半导体表面，发生反应过程如题给所示，完成电解水的过程；电解质通常选用全氟磺酸膜作为质子交换介质，也可以用玻璃纤维强化的磷酸碳纤维介质．由于禁带的电位高，可以利用其氧化废水中还原性成分，降低污水COD等用途．由于过程中是利用光电池电解水，故而能量转化形式为：光能→电能→化学能，考虑到学生实际，所以答案可以简化为：光能→化学能，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；光能→（电能→）化学能．

点评：以物质结构为基础，考查原子结构、分子结构，元素周期表和元素周期律，化学方程式的书写，电极反应式的书写，不同形式能量间的相互转化，理解电化学反应原理，难点是（4）题．