Question

19．A、B、C、D、E、F、G、L、I九種主族元素分布在三個不同的短周期，它們的原子序數依次增大，其中B、C、D為同一周期，A與E、B與G、D與L分別為同一主族，C、D、F三種元素的原子序數之和為28，F的質子數比D多5，D的最外層電子數是F的2倍，C和D的最外層電子數之和為11．請回答下列問題：
（1）以上八種元素中非金屬所形成的最簡單氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性最弱的是（填化學式）SiH₄，E、F、L所形成的簡單離子的半徑由大到小的順序為（用離子符號表示）S^2-＞Na⁺＞Al³⁺．
（2）由L、I兩元素可按原子個數比1：1組成化合物X，化合物X中各原子均滿足8電子的穩(wěn)定結構，則X的電子式為．固體化合物E₂D₂投入到化合物E₂L的水溶液中，只觀察到有沉淀產生的，寫出該反應的離子方程式為：
Na₂O₂+S^2-+2H₂O═S+2Na⁺+4OH^-．
（3）在10L的密閉容器中，通入2mol LD₂氣體和1mol D₂氣體，一定溫度下反應后生成LD₃氣體，當反應達到平衡時，D₂的濃度為0.01mol•L^-1，同時放出約177kJ的熱量，則平衡時LD₂的轉化率為90%；該反應的熱化學方程式為2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.7kJ/mol；此時該反應的平衡常數K=8100．
（4）有人設想尋求合適的催化劑和電極材料，以C₂、A₂為電極反應物，以HCl一NH₄Cl溶液為電解質溶液制造新型燃料電池，試寫出該電池的正極反應式N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；放電時溶液中H⁺移向正（填“正”或“負”）極．

Answer 1

分析 A、B、C、D、E、F、G、L、I八種元素分布在三個不同的短周期，它們的原子序數依次增大，則A為氫元素；A與E同一主族，E原子序數比A至少大4，可推知E為Na；B、C、D為同一周期，應處于第二周期，E、F、G、H都處于第三周期，令F的最外層電子數為x，其質子數為10+x，則D原子最外層電子數為2x，質子數為2+2x，由于F的質子數比D多5，則有：10+x-（2+2x）=5，解得x=3，故F為Al、D為O，C、D、F三種元素的原子序數之和為28，則C的原子序數=28-8-13=7，故C為N；D與L分別為同主族，則L為S；B與G同主族，結合原子序數可知，處于ⅣA族，故B為C、G為Si，I的原子序數比S大，且是前三周期主族元素，所以I為氯元素，據此進行解答．

解答 解：A、B、C、D、E、F、G、L、I八種元素分布在三個不同的短周期，它們的原子序數依次增大，則A為氫元素；A與E同一主族，E原子序數比A至少大4，可推知E為Na；B、C、D為同一周期，應處于第二周期，E、F、G、H都處于第三周期，令F的最外層電子數為x，其質子數為10+x，則D原子最外層電子數為2x，質子數為2+2x，由于F的質子數比D多5，則有：10+x-（2+2x）=5，解得x=3，故F為Al、D為O，C、D、F三種元素的原子序數之和為28，則C的原子序數=28-8-13=7，故C為N；D與L分別為同主族，則L為S；B與G同主族，結合原子序數可知，處于ⅣA族，故B為C、G為Si，I的原子序數比S大，且是前三周期主族元素，所以I為Cl元素，
（1）以上八種元素中的非金屬中Si的非金屬性最弱，其形成的最簡單氣態(tài)氫化物SiH₄穩(wěn)定性最弱；
電子層結構相同核電荷數越大離子半徑越小，電子層越多離子半徑越大，故離子半徑S^2-＞Na⁺＞Al³⁺，
故答案為：SiH₄；S^2-＞Na⁺＞Al³⁺；
（2）L、I兩元素分別為S和Cl，按原子個數比1：1組成化合物X且各原子均滿足8電子的穩(wěn)定結構，其化學式為S₂Cl₂，其電子式為，化合物E₂D₂和化合物E₂L分別為Na₂O₂和Na₂S，它們在水溶液中反應有沉淀，說明的硫產生，所以離子方程式為Na₂O₂+S^2-+2H₂O═S↓+2Na⁺+4OH^-，
故答案為：；Na₂O₂+S^2-+2H₂O═S↓+2Na⁺+4OH^-；
（3）LD₂為SO₂、D₂為O₂，在10L的密閉容器中，通入2mol SO₂氣體和1mol O₂氣體，一定溫度下反應后生成SO₃氣體，當反應達到平衡時，O₂的濃度為0.01mol•L^-1，則：
            2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始（mol/L）：0.2    0.1     0
變化（mol/L）：0.18   0.09    0.18
平衡（mol/L）：0.02   0.01    0.18
故平衡時SO₂的轉化率為$\frac{0.18mol/L}{0.2mol/L}$×100%=90%，
參加反應二氧化硫的物質的量為：0.18mol/L×10L=1.8mol，同時放出約177kJ的熱量，則2mol二氧化硫反應放出的熱量為：177kJ×$\frac{2mol}{1.8mol}$=196.7kJ，則該反應的熱化學方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.7kJ/mol，
此時該反應的平衡常數為：K=$\frac{0.1{8}^{2}}{0.0{2}^{2}×0.01}$=8100，
故答案為：90%；2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.7kJ/mol；8100；
（4）C₂為N₂、A₂為H₂，以HCl-NH₄Cl溶液為電解溶液構成原電池，正極是氧化劑N₂發(fā)生還原反應，電極反應式為N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，根據原電池構成的閉合回路中的電流方向可知，電解質溶液中H⁺向正方向運動，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；正．

點評 本題結構性質位置關系綜合應用，題目難度中等，涉及元素周期律、比較離子半徑、電子式、化學平衡及平衡常數有關計算、熱化學方程式等知識，推斷元素是解題的關鍵，注意掌握化學平衡計算中三段式解題法應用．