Question

15．短周期主族元素A，B，C，D，E，F的原子序数依次增大，它们的原子核外电子层数之和为13．B的化合物种类繁多，数目庞大；C，D是空气中含量最多的两种元素，D，E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物；F为同周期半径最小的元素．试回答以下问题：
（一）
（1）化学组成为BDF₂的电子式为：，A、C、F三种元素形成的化合物CA₄F为离子化合物（填“离子”或“共价”）．
（2）化合物甲、乙由A，B，D，E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性．则甲、乙反应的离子方程式为：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O．
（3）由C、D、E、F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是Cl^-＞N^3-＞O^2-＞Na⁺ （用元素离子符号表示）．
（4）元素B和F的非金属性强弱，B的非金属性弱于F（填“强”或“弱”），并用化学方程式证明上述结论Na₂CO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+2NaClO₄ 或 NaHCO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+NaClO₄．
（二）以CA₃代替氢气研发燃料电池是当前科研的一个热点．
（1）CA₃燃料电池使用的电解质溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，电池反应为：4CA₃+3O₂=2C₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4g CA₃转移的电子数目为0.6N_A．
（2）用CA₃燃料电池电解CuSO₄溶液，如图所示，A、B均为铂电极，通电一段时间后，在A电极上有红色固体析出，则B电极上发生的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；此时向所得溶液中加入8gCuO固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，则电解过程中收集到的气体在标准状况下体积为1.12L．

Answer 1

分析 短周期主族元素A、B、C、D、E、F 的原子序数依次增大，B形成的化合物种类繁多，则B为C元素；C、D为空气中含量最多的两种元素，D的原子序数较大，则C为N元素，D为O元素；D、E形成两种不同的离子化合物，则E为Na；F为同周期半径最小的元素，F处于第三周期期，所以F为Cl元素；它们的原子核外电子层数之和为13，则A最外层电子数为13-3-3-2-2-2=1，则A为H元素，据此解答．

解答 解：短周期主族元素A、B、C、D、E、F 的原子序数依次增大，B形成的化合物种类繁多，则B为C元素；C、D为空气中含量最多的两种元素，D的原子序数较大，则C为N元素，D为O元素；D、E形成两种不同的离子化合物，则E为Na；F为同周期半径最小的元素，F处于第三周期期，所以F为Cl元素；它们的原子核外电子层数之和为13，则A最外层电子数为13-3-3-2-2-2=1，则A为H元素．
（一）（1）化学组成为COCl₂的电子式为：，A、C、F三种元素形成的化合物NH₄Cl为 离子化合物，
故答案为：；离子；
（2）化合物甲、乙由H、C、O、Na中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性，二者可以反应，则为氢氧化钠与碳酸氢钠，故反应的离子方程式为：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，
故答案为：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O；
（3）电子层结构相同的离子，核电荷数越大离子半径越小，离子电子层越多离子半径越大，故C、D、E、F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是：Cl^-＞N^3-＞O^2-＞Na⁺，
故答案为：Cl^-＞N^3-＞O^2-＞Na⁺；
（4）碳元素非金属性比Cl元素非金属性弱，利用强酸制备弱酸原理可以证明，反应化学方程式为：Na₂CO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+2NaClO₄ 或 NaHCO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+NaClO₄，
故答案为：弱；Na₂CO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+2NaClO₄ 或 NaHCO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+NaClO₄；
（二）（1）电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，原电池负极反应氧化反应，氨气在负极失去电子，该电池负极的电极反应式为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，3.4g NH₃的物质的量为$\frac{3.4g}{17g/mol}$=0.2mol，转移电子数目为0.6N_A，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；0.6N_A；
（2）用NH₃燃料电池电解CuSO₄溶液，A、B均为铂电极，通电一段时间后，在A电极上有红色固体析出，即析出Cu，A为阴极，B为阳极，则B电极上氢氧根离子生成氧气，B电极的电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，电解池总反应式为：CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu+O₂↑+H₂SO₄，此时向所得溶液中加入8gCuO固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，则生成的氧气为$\frac{8g}{80g/mol}$×$\frac{1}{2}$=0.05mol，标况下氧气体积为0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1.12．

点评 本题以元素推断为载体，考查电子式、元素化合物性质、元素周期律、微粒半径比较、原电池与电解原理等，是对学生综合能力的考查，推断元素是解题关键，注意理解掌握金属性、非金属性强弱比较实验事实，较好氧化还原反应理解电化学原理．