Question

15．短周期主族元素A，B，C，D，E，F(xiàn)的原子序數(shù)依次增大，它們的原子核外電子層數(shù)之和為13．B的化合物種類繁多，數(shù)目龐大；C，D是空氣中含量最多的兩種元素，D，E兩種元素的單質(zhì)反應(yīng)可以生成兩種不同的離子化合物；F為同周期半徑最小的元素．試回答以下問(wèn)題：
（一）
（1）化學(xué)組成為BDF₂的電子式為：，A、C、F三種元素形成的化合物CA₄F為離子化合物（填“離子”或“共價(jià)”）．
（2）化合物甲、乙由A，B，D，E中的三種或四種組成，且甲、乙的水溶液均呈堿性．則甲、乙反應(yīng)的離子方程式為：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O．
（3）由C、D、E、F形成的簡(jiǎn)單離子的離子半徑由大到小的順序是Cl^-＞N^3-＞O^2-＞Na⁺ （用元素離子符號(hào)表示）．
（4）元素B和F的非金屬性強(qiáng)弱，B的非金屬性弱于F（填“強(qiáng)”或“弱”），并用化學(xué)方程式證明上述結(jié)論Na₂CO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+2NaClO₄ 或 NaHCO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+NaClO₄．
（二）以CA₃代替氫氣研發(fā)燃料電池是當(dāng)前科研的一個(gè)熱點(diǎn)．
（1）CA₃燃料電池使用的電解質(zhì)溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，電池反應(yīng)為：4CA₃+3O₂=2C₂+6H₂O．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗3.4g CA₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為0.6N_A．
（2）用CA₃燃料電池電解CuSO₄溶液，如圖所示，A、B均為鉑電極，通電一段時(shí)間后，在A電極上有紅色固體析出，則B電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；此時(shí)向所得溶液中加入8gCuO固體后恰好可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則電解過(guò)程中收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12L．

Answer 1

分析 短周期主族元素A、B、C、D、E、F 的原子序數(shù)依次增大，B形成的化合物種類繁多，則B為C元素；C、D為空氣中含量最多的兩種元素，D的原子序數(shù)較大，則C為N元素，D為O元素；D、E形成兩種不同的離子化合物，則E為Na；F為同周期半徑最小的元素，F(xiàn)處于第三周期期，所以F為Cl元素；它們的原子核外電子層數(shù)之和為13，則A最外層電子數(shù)為13-3-3-2-2-2=1，則A為H元素，據(jù)此解答．

解答 解：短周期主族元素A、B、C、D、E、F 的原子序數(shù)依次增大，B形成的化合物種類繁多，則B為C元素；C、D為空氣中含量最多的兩種元素，D的原子序數(shù)較大，則C為N元素，D為O元素；D、E形成兩種不同的離子化合物，則E為Na；F為同周期半徑最小的元素，F(xiàn)處于第三周期期，所以F為Cl元素；它們的原子核外電子層數(shù)之和為13，則A最外層電子數(shù)為13-3-3-2-2-2=1，則A為H元素．
（一）（1）化學(xué)組成為COCl₂的電子式為：，A、C、F三種元素形成的化合物NH₄Cl為 離子化合物，
故答案為：；離子；
（2）化合物甲、乙由H、C、O、Na中的三種或四種組成，且甲、乙的水溶液均呈堿性，二者可以反應(yīng)，則為氫氧化鈉與碳酸氫鈉，故反應(yīng)的離子方程式為：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，
故答案為：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O；
（3）電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，核電荷數(shù)越大離子半徑越小，離子電子層越多離子半徑越大，故C、D、E、F形成的簡(jiǎn)單離子的離子半徑由大到小的順序是：Cl^-＞N^3-＞O^2-＞Na⁺，
故答案為：Cl^-＞N^3-＞O^2-＞Na⁺；
（4）碳元素非金屬性比Cl元素非金屬性弱，利用強(qiáng)酸制備弱酸原理可以證明，反應(yīng)化學(xué)方程式為：Na₂CO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+2NaClO₄ 或 NaHCO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+NaClO₄，
故答案為：弱；Na₂CO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+2NaClO₄ 或 NaHCO₃+2HClO₄=CO₂↑+H₂O+NaClO₄；
（二）（1）電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，原電池負(fù)極反應(yīng)氧化反應(yīng)，氨氣在負(fù)極失去電子，該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，3.4g NH₃的物質(zhì)的量為$\frac{3.4g}{17g/mol}$=0.2mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.6N_A，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；0.6N_A；
（2）用NH₃燃料電池電解CuSO₄溶液，A、B均為鉑電極，通電一段時(shí)間后，在A電極上有紅色固體析出，即析出Cu，A為陰極，B為陽(yáng)極，則B電極上氫氧根離子生成氧氣，B電極的電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，電解池總反應(yīng)式為：CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+O₂↑+H₂SO₄，此時(shí)向所得溶液中加入8gCuO固體后恰好可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則生成的氧氣為$\frac{8g}{80g/mol}$×$\frac{1}{2}$=0.05mol，標(biāo)況下氧氣體積為0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1.12．

點(diǎn)評(píng) 本題以元素推斷為載體，考查電子式、元素化合物性質(zhì)、元素周期律、微粒半徑比較、原電池與電解原理等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，推斷元素是解題關(guān)鍵，注意理解掌握金屬性、非金屬性強(qiáng)弱比較實(shí)驗(yàn)事實(shí)，較好氧化還原反應(yīng)理解電化學(xué)原理．