Question

短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A为周期表中半径最小的元素，B原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，D、E同主族，E的原子序数是D的2倍．
请回答下列问题：
（1）A、C元素可以形成多种化合物，其中甲是火箭推进剂中常用的液态燃料，甲中A、C元素的质量比为1：7，则甲的电子式为

 

．已知25℃，0.4mol液态甲和O₂完全反应（产物对环境无污染）放出248.8kJ的热量，写出该反应的热化学方程式

 

．
（2）在直接以液态甲为燃料的电池中，电解质溶液为NaOH溶液，负极的反应式为

 

，理想状态下，该燃料电池消耗1mol液态甲所能产生的最大电能为528.7kJ，则该燃料电池的理论效率为

 

（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）．
（3）A、B、D元素可以形成化合物乙，其化学式为A₂B₂D₄，0.2mol/L的乙溶液和0.2mol/L的NaOH溶液等体积混合，所得溶液显酸性，则该溶液中各离子浓度由大到小排列的顺序为

 

．
（4）将8mL 0.1mol/L的酸性高锰酸钾溶液和2mL 1.0mol/L的乙溶液在试管中混合，将试管置于25℃水中（如甲图所示）．KMnO₄浓度随时间变化关系如乙图所示．

1写出发生反应的离子方程式

 

．
②计算前40秒用乙表示的平均反应速率，v（乙）

 

．
③40s～65s的反应速率比前40s快，解释可能的原因

 

．

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：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A为周期表中半径最小的元素，则A为氢元素，D、E同主族，E的原子序数是D的2倍，则D为氧元素，E为硫元素，B原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，则B为碳元素，所以C为氮元素，据此答题．

解答： 解：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A为周期表中半径最小的元素，则A为氢元素，D、E同主族，E的原子序数是D的2倍，则D为氧元素，E为硫元素，B原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，则B为碳元素，所以C为氮元素，
（1）H、N元素可以形成多种化合物，其中甲是火箭推进剂中常用的液态燃料，甲中H、N元素的质量比为1：7，则H、N的原子个数比为

1

1

：

7

14

=2：1，所以甲的分子式为N₂H₄，所以甲的电子式为，已知25℃，0.4mol液态甲和O₂完全反应（产物对环境无污染）放出248.8kJ的热量，则1molN₂H₄和O₂完全反应放出622kJ的热量，所以该反应的热化学方程式N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ?mol^-1，
故答案为：；N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ?mol^-1；
（2）在直接以液态N₂H₄为燃料的电池中，电解质溶液为NaOH溶液，负极是N₂H₄发生氧化反应，生成氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，理想状态下，该燃料电池消耗1mol液态甲所能产生的最大电能为528.7kJ，而根据热化学方程式N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ?mol^-1，可知，1molN₂H₄和O₂完全反应放出622kJ的热量，所以该燃料电池的理论效率为

528.7

622

×100%=85%，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；85%；
（3）A、B、D元素可以形成化合物乙，其化学式为H₂C₂O₄，0.2mol/L的乙溶液和0.2mol/L的NaOH溶液等体积混合，所得NaHC₂O₄溶液，溶液显酸性，说明HC₂O₄^-的电离大于水解，所以该溶液中各离子浓度由大到小排列的顺序为Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-，
故答案为：Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-；
（4）①将8mL 0.1mol/L的酸性高锰酸钾溶液和2mL 1.0mol/L的H₂C₂O₄溶液在试管中混合，发生反应的离子方程式为6 H⁺+2MnO₄^-+5H₂C₂O₄═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案为：6 H⁺+2MnO₄^-+5H₂C₂O₄═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
②根据图乙可知，在前40s，MnO₄^-的浓度变化为1.6×10^-2mol/L，根据①中的离子反应方程式可知，此时H₂C₂O₄的浓度变化为2.5×1.6×10^-2mol/L=4.0××10^-2mol/L，再根据v=

△c

t

可求得前40秒用H₂C₂O₄表示的平均反应速率v（H₂C₂O₄）=

4×10-2

40

mol/（L?s）=1×10^-3mol/（L?s），
故答案为：1×10^-3mol/（L?s）；
③40s～65s的反应速率比前40s快，可能的原因为Mn²⁺是此反应的催化剂，随着反应的进行，开始生成Mn²⁺，且浓度越来越大，所以反应速率迅速加快，
故答案为：Mn²⁺是此反应的催化剂，随着反应的进行，开始生成Mn²⁺，且浓度越来越大，所以反应速率迅速加快．

点评：本题主要考查了电子式、热化学方程式、原电池电极反应式、离子浓度大小比较、氧化还原反应的离子方程式、反应速率的计算、影响反应速率的因素等知识，内容较多，综合性大，有一定的难度，元素推断是解题的前提，答题时注意化学原理知识的综合应用．