Question

6．部分中学化学常见元素的原子结构和性质如下表所示：

元素代号	部分特征
A	单质为相同条件下密度最小的气体
B	基态原子最外层电子排布式为nsnnpn
C	与元素E处于同一周期且电负性仅次于E
D	位于第三周期且第一电离能最小
E	双原子分子单质在标准状况下密度为1.4285g/L
F	生活中常用的金属，在空气中表面通常形成一层致密的氧化膜

请回答下列问题：（所有问题答案都要用元素符号或化学式表示）
（1）C、D、E的原子半径由大到小的顺序为Na＞N＞O，B、C、E的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C．
（2）A、D、E中的某些元素间可以形成多种化合物，其中有一种既含有离子键又含有极性共价键，写出其电子式；F的氧化物既可以和强酸反应也可以和强碱反应，试写出其氧化物与NaOH溶液反应的离子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（3）由A和C可以形成多种化合物，其中一种为六原子化合物甲（C₂A₄），甲可用作发射卫星时的燃料，用NO₂为氧化剂时，这两种物质反应生成氮气和水蒸气．已知：
①N₂（s）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②甲（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ•mol^-1
写出甲与NO₂反应的热化学方程式2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7 kJ•mol^-1．
（4）在一容积固定的密闭容器中模拟工业制取NH₃的反应N₂+3H₂$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃，并保持温度不变，已知初始加入1molN₂和4molH₂，且达到平衡后生成amolNH₃，则达到平衡后，NH₃在混合气体中的体积分数为$\frac{a}{5-a}$；若在恒温恒压的实验条件下，若改为加入2molN₂和10molH₂，要求平衡后NH₃的质量分数与上次相同，在还应加入4molNH₃．

Answer 1

分析 单质A为相同条件下密度最小的气体，则A为H元素；B基态原子最外层电子排布式为nsⁿnpⁿ，s能级容纳2个电子，则n=2，故B为碳元素；E的单质为双原子分子，在标准状况下密度为1.4285g/L，则其摩尔质量=1.4285g/L×22.4L/mol=32g/mol，则E为O元素；C与元素E处于同一周期且电负性仅次于E，则C为N元素；D位于第三周期且第一电离能最小，则D为Na；F是生活中常用的金属，在空气中表面通常形成一层致密的氧化膜，则F为Al．
（1）同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大；同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级未半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的；（2）A、D、E中的某些元素间可以形成多种化合物，其中有一种既含有离子键又含有极性共价键的为NaOH，由钠离子与氢氧根离子构成；F的氧化物为氧化铝，与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠与水；
的离子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
（3）由A和C可以形成多种化合物，其中一种为六原子化合物甲为N₂H₄，甲可用作发射卫星时的燃料，用NO₂为氧化剂时，这两种物质反应生成氮气和水蒸气．
已知：①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂ （g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②×2-①得：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）；
（4）根据方程式计算平衡时各组分物质的量，进而计算氨气体积分数；
若在恒温恒压的实验条件下，若改为加入2molN₂和10molH₂，要求平衡后NH₃的质量分数与原平衡相同，为等效平衡，满足氮气与氢气的起始投料比为1：4．

解答 解：单质A为相同条件下密度最小的气体，则A为H元素；B基态原子最外层电子排布式为nsⁿnpⁿ，s能级容纳2个电子，则n=2，故B为碳元素；E的单质为双原子分子，在标准状况下密度为1.4285g/L，则其摩尔质量=1.4285g/L×22.4L/mol=32g/mol，则E为O元素；C与元素E处于同一周期且电负性仅次于E，则C为N元素；D位于第三周期且第一电离能最小，则D为Na；F是生活中常用的金属，在空气中表面通常形成一层致密的氧化膜，则F为Al．
（1）同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，故原子半径Na＞N＞O，同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级未半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：Na＞N＞O；N＞O＞C；
（2）A（H）、D（Na）、E（O）中的某些元素间可以形成多种化合物，其中有一种既含有离子键又含有极性共价键的为NaOH，其电子式为；F的氧化物为氧化铝，既可以和强酸反应也可以和强碱反应，与NaOH溶液反应的离子方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（3）由A和C可以形成多种化合物，其中一种为六原子化合物甲为N₂H₄，甲可用作发射卫星时的燃料，用NO₂为氧化剂时，这两种物质反应生成氮气和水蒸气．
已知：①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H₁=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂ （g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②×2-①得：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7 kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7 kJ•mol^-1；
（4）已知初始加入1molN₂和4molH₂，且达到平衡后生成amolNH₃，则：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1        4        0
变化量（mol）：0.5a     1.5a     a
平衡量（mol）：1-0.5a   4-1.5a   a
则达到平衡后，NH₃在混合气体中的体积分数为$\frac{amol}{（1-0.5a+4-1.5a+a）mol}$=$\frac{a}{5-a}$；
若在恒温恒压的实验条件下，若改为加入2molN₂和10molH₂，要求平衡后NH₃的质量分数与上次相同，为等效平衡，满足氮气与氢气的起始投料比为1：4，设加入氨气为xmol，则（2+0.5x）：（10+1.5x）=1：4，解得x=4，
故答案为：$\frac{a}{5-a}$；4．

点评 本题考查结构性质位置关系应用、化学平衡有关计算、热化学方程式书写、元素周期律等，明确元素种类是关键，注意同周期第一电离能异常情况．