Question

已知X、Y、Z、W四種短周期元素的原子半徑依次減小．在周期表中X與Y、Y與Z均位同一周期的相鄰位置；X的最外層電子數(shù)為次外層電子數(shù)的2倍；W分別能與X、Y、Z按一定原子數(shù)比形成電子總數(shù)為10的常見化合物．請判斷X、Y、Z、W四種元素并回答下列問題：（要求用確定后的元素符號及有關(guān)化學(xué)用語表示）
（1）（XY）₂分子中所有原子最外層都滿足8電子，請寫出其結(jié)構(gòu)式：

 

；（XY）₂可與W₂化合生成WXY，其水溶液是一種酸，某濃度該酸的鉀鹽（KXY）溶液能使酚酞試液顯紅色，請用離子方程式表示其原因：

 

．
（2）已知乙炔在一定條件下可以三聚生成苯：三聚氰胺也可以由氰胺（WXY分子中的W原子被氨基取代后可得氰胺）發(fā)生類似于乙炔的三聚反應(yīng)而得到，三聚氰胺中無非極性鍵，含有量個氨基．請寫出三聚氰胺結(jié)構(gòu)簡式：

 

．
（3）三聚氰胺遇強簸或強堿水溶液發(fā)生水解，氨基逐步被羥基取代生成三聚氰酸．三聚氰胺由于含氮量高而被一些奶粉廠家非法摻人奶粉中以提高其產(chǎn)品的含氮量（俗稱蛋白精），經(jīng)研究表明三聚氰胺和三聚氰酸在腎細胞中結(jié)合沉積從而形成腎結(jié)石，堵塞腎小管，最終造成腎衰竭，嚴重則危及生命．試寫出三聚氰胺生成三聚氰酸的化學(xué)方程式：

 

．
（4）低碳經(jīng)濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式，其中一種技術(shù)是將XZ₂轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．如：2XZ₂（g）+2W₂Z（l）═X₂W₄（g）+3Z₂（g）△H=+1411.0kJ/mol；2XZ₂（g）+3W₂Z（l）═X₂W₅ZW（l）+3Z₂（g）△H=+1366.8kJ/mol則由X₂W₄水化制X₂W₅ZW反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
（5）利用X₂W₅ZW燃料電池設(shè)計如圖所示的裝置：
①則該裝置中Cu極為

 

極；
②寫出b極的電極反應(yīng)式為

 

；
③當銅片的質(zhì)量變化為12.8g時，a極上消耗的O₂在標準狀況下的體積為

 

L；甲、乙兩裝置中電解質(zhì)溶液pH的變化為甲

 

，乙

 

（填“變大”、“變小”、“不變”）．

Answer 1

分析：X、Y、Z、W四種短周期元素的原子半徑依次減�。甔的最外層電子數(shù)為次外層電子數(shù)的2倍，X原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為4，則X為C元素；W分別能與X、Y、Z按一定原子數(shù)比形成電子總數(shù)為10的常見化合物，可推知W為H元素；在周期表中X與Y、Y與Z均位同一周期的相鄰位置，結(jié)合原子半徑可知，Y為N元素、Z為氧元素，
（1）（CN）₂分子中所有原子最外層都滿足8電子，C原子與N原子之間形成3對共用電子對，C原子之間形成1對共用電子對；KCN溶液能使酚酞試液顯紅色，CN^-離子水解，破壞水的電離平衡，其溶液呈堿性；
（2）三聚氰胺由N≡C-NH₂三聚得到，三聚氰胺中無非極性鍵，N≡C-NH₂中C≡N三鍵中其一個C-N鍵斷裂，C原子與N原子交替連接形成；
（3）三聚氰胺遇強酸或強堿水溶液水解，氨基逐步被羥基取代生成三聚氰酸[C₃N₃（OH）₃]；
（4）根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學(xué)方程式；
（5）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，C₂H₅OH燃料電池中氧氣在正極通入、乙醇在負極加入，由C₂H₅OH燃料電池裝置圖可知，a為原電池正極、b為原電池負極，b極上乙醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，總反應(yīng)實質(zhì)為：乙醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳再與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉與水，NaOH的濃度減低，溶液堿性減弱；
右邊裝置為電鍍池，Cu連接原電池正極，為陽極，Zn連接原電池負極，為陰極，陽極電極反應(yīng)式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極電極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，電解質(zhì)溶液的濃度不變，溶液pH不變，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算原電池中需要氧氣的物質(zhì)的量，根據(jù)V=nV_m計算氧氣的體積．

解答：解：X、Y、Z、W四種短周期元素的原子半徑依次減�。甔的最外層電子數(shù)為次外層電子數(shù)的2倍，X原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為4，則X為C元素；W分別能與X、Y、Z按一定原子數(shù)比形成電子總數(shù)為10的常見化合物，可推知W為H元素；在周期表中X與Y、Y與Z均位同一周期的相鄰位置，結(jié)合原子半徑可知，Y為N元素、Z為氧元素，
（1）（CN）₂分子中所有原子最外層都滿足8電子，C原子與N原子之間形成3對共用電子對，C原子之間形成1對共用電子對，其結(jié)構(gòu)式為：N≡C-C≡N；
KCN溶液能使酚酞試液顯紅色，CN^-離子水解CN^-+H₂O?HCN+OH^-，破壞水的電離平衡，其溶液呈堿性，使酚酞試液顯紅色，
故答案為：N≡C-C≡N；CN^-+H₂O?HCN+OH^-；
（2）三聚氰胺由N≡C-NH₂三聚得到，三聚氰胺中無非極性鍵，N≡C-NH₂中C≡N三鍵中其一個C-N鍵斷裂，C原子與N原子交替連接形成，故三聚氰胺的結(jié)構(gòu)簡式為：，故答案為：；
（3）C₃H₆N₆水解可生成三聚氰酸一酰胺，最后生成三聚氰酸，水解反應(yīng)為C₃H₆N₆+3H₂O=C₃N₃（OH）₃+3NH₃，故答案為：C₃H₆N₆+3H₂O=C₃N₃（OH）₃+3NH₃；
（4）已知：①、2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol；
②、2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（l）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，②-①得C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2kJ/mol，
故答案為：C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）△H=-44.2kJ/mol；
（5）①原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，C₂H₅OH燃料電池中氧氣在正極通入、乙醇在負極加入，由C₂H₅OH燃料電池裝置圖可知，a為原電池正極、b為原電池負極，右邊裝置為電鍍池，Cu連接原電池正極，為陽極，故答案為：陽；
②b為原電池負極，乙醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，b極的電極反應(yīng)式為：C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
③當銅片的質(zhì)量變化為12.8g時，其物質(zhì)的量=

12.8g

64g/mol

=0.2mol，Cu電極反應(yīng)式：Cu-2e^-=Cu²⁺，故轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量=0.2mol×2=0.4mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，a極上消耗的O₂的物質(zhì)的量=

0.4mol

4

=0.1mol，故標況下消耗氧氣的體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L；
原電池總反應(yīng)實質(zhì)為：乙醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳再與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉與水，NaOH的濃度減低，溶液堿性減弱，故甲裝置中溶液pH減��；
右邊裝置為電鍍池，Cu連接原電池正極，為陽極，Zn連接原電池負極，為陰極，陽極電極反應(yīng)式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極電極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，電解質(zhì)溶液的濃度不變，故乙裝置中溶液pH不變，
故答案為：減小；不變．

點評：本題考查結(jié)構(gòu)性質(zhì)位置關(guān)系應(yīng)用、鹽類水解、熱化學(xué)方程式、原電池、電解池、有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等，題目綜合性較大，側(cè)重考查學(xué)生提取信息能力、知識遷移運用能力，難度中等．