Question

2．I．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相對(duì)位置如圖所示．

		X
Y	Z			W

其中Y所處的周期序數(shù)與族序數(shù)相等．按要求回答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出X的原子結(jié)構(gòu)示意圖．
（2）列舉一個(gè)事實(shí)說(shuō)明W非金屬性強(qiáng)于Z：2HClO₄+Na₂SiO₃=2NaClO₄+H₂SiO₃↓（用化學(xué)方程式表示）
II．運(yùn)用所學(xué)化學(xué)原理，解決下列問(wèn)題：
（3）已知：Si+2NaOH+H₂O═Na₂SiO₃+2H₂↑．某同學(xué)利用單質(zhì)硅和鐵為電極材料設(shè)計(jì)原電池（NaOH為電解質(zhì)溶液），該原電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Si-4e^-+6OH^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1．
工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的熱化學(xué)方程式為2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1；
（5）已知：CO（g）+H₂O（g） $?_{△}^{催化劑}$ H₂（g）+CO₂（g）．右表為該反應(yīng)在不同溫度時(shí)的平衡常數(shù)．

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

則：該反應(yīng)的△H＜0（填“＜”或“＞”）；500℃時(shí)進(jìn)行該反應(yīng)，且CO和H₂O起始濃度相等，CO平衡轉(zhuǎn)化率為75%．

Answer 1

分析 I．由元素在周期表中位置，可知X處于第二周期，Y、Z、W處于第三周期，Y所處的周期序數(shù)與族序數(shù)相等，則Y為Al，可推知Z為Si、X為N、W為Cl；
Ⅱ．（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Si在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成SiO₃^2-、H₂O；
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②-③可得2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
令CO和H₂O起始物質(zhì)的量均為1mol，設(shè)平衡時(shí)參加反應(yīng)CO的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式表示出各組分物質(zhì)的量變化量、平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體體積不發(fā)生變化，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式列方程計(jì)算解答．

解答 解：I．由元素在周期表中位置，可知X處于第二周期，Y、Z、W處于第三周期，Y所處的周期序數(shù)與族序數(shù)相等，則Y為Al，可推知Z為Si、X為N、W為Cl．
（1）N原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；
（2）說(shuō)明Cl非金屬性強(qiáng)于Si的方程式為：2HClO₄+Na₂SiO₃=2NaClO₄+H₂SiO₃↓，
故答案為：2HClO₄+Na₂SiO₃=2NaClO₄+H₂SiO₃↓；
Ⅱ．（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Si在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成SiO₃^2-、H₂O，負(fù)極電極反應(yīng)式為：Si-4e^-+6OH^-=SiO₃^2-+3H₂O，
故答案為：Si-4e^-+6OH^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（4）已知：①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H=b kJ•mol^-1；
③Si（s）+O₂（g）═SiO₂（s）△H=c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①+②-③可得：2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1，
故答案為：2C（s）+SiO₂（s）=Si（s）+2CO（g）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即該反應(yīng)的△H＜0；
令CO和H₂O起始物質(zhì)的量均為1mol，設(shè)平衡時(shí)參加反應(yīng)CO的物質(zhì)的量為xmol，則：
          CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開(kāi)始（mol）：1      1         0       0
轉(zhuǎn)化（mol）：x      x         x       x
平衡（mol）：1-x    1-x       x       x
反應(yīng)前后氣體體積不發(fā)生變化，可用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故$\frac{x×x}{（1-x）×（1-x）}$=9，解得x=0.75，故CO平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.75mol}{1mol}$×100%=75%，
故答案為：＜；75%．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及結(jié)構(gòu)性質(zhì)位置關(guān)系、電極反應(yīng)式、熱化學(xué)方程式、平衡常數(shù)影響因素及應(yīng)用等，難度不大．