Question

17．有A、B、C、D四种短周期元素，其原子序数依次增大．A、B可形成A₂B和A₂B₂两种化合物，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃两种化合物．回答下列问题．
（1）A₂B的电子式为．
（2）CB₂通入A₂B₂溶液中可被氧化为W，用W的溶液（体积为1L，假设变化前后溶液体积变化忽略不计）组装成原电池（如图所示）．

在b电极上发生的反应可表示为：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，则在a电极上发生的反应可表示为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄．若电池工作一段时间后，a极消耗0.05mol Pb，则W的浓度由质量分数39% （密度1.3g/cm³）变为5.07mol/L．
（3）金属元素E是中学化学常见元素，位于元素周期表的第四周期．该元素可与D形成ED₂和ED₃两种化合物．将E的单质浸入ED₃溶液中（如图甲所示），溶液由黄色逐渐变为浅绿色，该反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（4）依据（3）中的反应，可用单质E和石墨为电极设计一个原电池，则在该原电池工作时，石墨一极发生的反应可以表示为2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．比较甲、乙两图，说明石墨除形成闭合回路外所起的作用是使还原反应和氧化反应在电解质溶液中的不同区域内发生．

Answer 1

分析 有A、B、C、D四种短周期元素，其原子序数依次增大，A、B可形成A₂B和A₂B₂两种化合物，可能为H₂O、H₂O₂或Na₂O、Na₂O₂，可推知A为H元素，B为O元素，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃两种化合物，应为SO₂和SO₃，则C为S元素，故D应为Cl元素．
（1）A₂B为H₂O，属于共价化合物，分子中氧原子与H原子之间形成1对共用电子对；
（2）SO₂通入H₂O₂溶液中可被氧化为W，则W为H₂SO₄，b电极发生还原反应，则a电极发生还原反应，Pb失去电子生成PbSO₄；
反应的总方程式为PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，计算消耗H₂SO₄的物质的量，可得硫酸浓度减小量，根据c=$\frac{1000ρw}{M}$计算原溶液中硫酸物质的量浓度，进而计算一段时间后硫酸的物质的量浓度；
（3）金属元素E是中学化学常见元素，位于元素周期表的第四周期，该元素可与D形成ED₂和ED₃两种化合物，则E为Fe元素，Fe与氯化铁反应生成氯化亚铁；
（4）石墨--铁在氯化铁电解质溶液中形成原电池，Fe为负极，失去电子生成Fe²⁺，石墨为正极，Fe³⁺离子在正极获得电子生成Fe²⁺．

解答 解：有A、B、C、D四种短周期元素，其原子序数依次增大，A、B可形成A₂B和A₂B₂两种化合物，可能为H₂O、H₂O₂或Na₂O、Na₂O₂，可推知A为H元素，B为O元素，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃两种化合物，应为SO₂和SO₃，则C为S元素，故D应为Cl元素．
（1）A₂B为H₂O，属于共价化合物，其电子式为：，
故答案为：；
（2）SO₂通入H₂O₂溶液中可被氧化为W，则W为H₂SO₄，b电极发生还原反应，则a电极发生还原反应，Pb失去电子生成PbSO₄，负极电极反应式为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，
反应的总方程式为PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，a极消耗0.05mol Pb，则消耗0.1molH₂SO₄，已知溶液体积为1L，硫酸浓度减小量为$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，原H₂SO₄溶液的质量分数39% （密度1.3g/cm³），则一段时间后溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{1000×1.3×39%}{98}$mol/L-$\frac{0.1mol}{1L}$=5.07mol/L，
故答案为：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄；5.07；
（3）金属元素E是中学化学常见元素，位于元素周期表的第四周期，该元素可与D形成ED₂和ED₃两种化合物，则E为Fe元素，将Fe浸入到FeCl₃中，发生反应为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，溶液由黄色逐渐变为浅绿色，
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）石墨--铁在氯化铁电解质溶液中形成原电池，Fe为负极，失去电子生成Fe²⁺，负极电极反应式为：Fe-2e^-=Fe²⁺，石墨为正极，Fe³⁺离子在正极获得电子生成Fe²⁺，正极电极反应式为：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．比较甲、乙两图，说明石墨除形成闭合回路外所起的作用是：使还原反应和氧化反应在电解质溶液中的不同区域内发生，
故答案为：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；使还原反应和氧化反应在电解质溶液中的不同区域内发生．

点评 本题以元素推断为载体，考查电子式、原电池原理的应用、化学计算等，题目难度中等，正确推断元素的种类为解答该题的关键，注意掌握原电池中电极方程式的书写．