Question

4．已知W、X、Y、Z四種元素位于元素周期表的前四周期．W元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的兩倍還多1；Y單質(zhì)在通常狀況下是黃綠色氣體；Z元素在地殼中的含量居金屬的第二位；X元素的氧化物熔點(diǎn)很高，其單質(zhì)的還原能力較強(qiáng)，工業(yè)上可用于冶煉Z單質(zhì)等高熔點(diǎn)的金屬．
根據(jù)上述條件回答下列問題：
（1）W元素在元素周期表中的位置為第二周期ⅤA族；Z元素基態(tài)原子的外圍電子排布式是3d⁶4s²．
（2）比較大小：
①酸性：W元素最高價含氧酸＜Y元素最高價含氧酸（填“＞”或“＜”，下同）．
②原子半徑：X原子＞Y原子．
③第一電離能：W元素＞氧元素．
（3）寫出Z單質(zhì)在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
（4）已知在25℃，101kPa條件下，X元素的單質(zhì)可與Z的紅棕色氧化物反應(yīng)，已知反應(yīng)過程中每轉(zhuǎn)移1mol電子放出$\frac{a}{3}$kJ的熱量，請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-2aKJ•mol^-1．

Answer 1

分析 W元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的兩倍還多1，則W是7號元素氮，Y單質(zhì)在通常狀況下是黃綠色氣體是氯氣，Z元素在地殼中的含量居金屬的第二位是鐵，X元素的氧化物熔點(diǎn)很高，其單質(zhì)的還原能力較強(qiáng)，工業(yè)上可用于冶煉Z單質(zhì)等高熔點(diǎn)的金屬，所以X是鋁，由此分析解答．

解答 解：W元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的兩倍還多1，則W是7號元素氮，Y單質(zhì)在通常狀況下是黃綠色氣體是氯氣，Z元素在地殼中的含量居金屬的第二位是鐵，X元素的氧化物熔點(diǎn)很高，其單質(zhì)的還原能力較強(qiáng)，工業(yè)上可用于冶煉Z單質(zhì)等高熔點(diǎn)的金屬，所以X是鋁，
（1）氮元素在元素周期表中的位置為第二周期ⅤA族；鐵元素基態(tài)原子的外圍電子排布式是3d⁶4s²，故答案為：第二周期ⅤA族；3d⁶4s²；
（2）①元素的非金屬性越強(qiáng)最高價氧化物對應(yīng)的水化物酸性越強(qiáng)，W元素最高價含氧酸是硝酸，Y元素最高價含氧酸是高氯酸，而高氯酸是所有含氧酸中酸最強(qiáng)的酸，所以硝酸的酸性比高氯酸的酸性弱，故答案為：＜；
②微粒半徑的比較，先比較電子層，電子層數(shù)越多半徑越大，電子層相同再比較核電荷數(shù)，核電荷數(shù)越多半徑越小，所以氯和鋁電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)氯大于 鋁，所以鋁的原子大于氯的原子，故答案為：＞；
③同周期第ⅤA族元素的第一電離能比相鄰兩元素的第一電離能都要大，所以氮的第一電離能大于氧的第一電離能，故答案為：＞；
（3）Fe在高溫下和水蒸氣反應(yīng)生成Fe₃O₄和H₂，反應(yīng)中鐵元素化合價由0價升高為$\frac{8}{3}$價，化合價變化3×$\frac{8}{3}$=8，所以電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為8，標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移方向和總數(shù)的化學(xué)方程式為：，故答案為：；
（4）鋁元素的單質(zhì)可與鐵的紅棕色氧化物是氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中每轉(zhuǎn)移1mol電子放出$\frac{a}{3}$kJ的熱量，則6mol電子轉(zhuǎn)移放出的熱量為：2aKJ，所以熱化學(xué)方程式為：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-2aKJ•mol^-1，故答案為：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-2aKJ•mol^-1．

點(diǎn)評 本題考查結(jié)構(gòu)性質(zhì)位置關(guān)系應(yīng)用，涉及核外圍電子排布、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、酸性強(qiáng)弱、電離能和原子半徑大小的比較等，推斷元素是解題關(guān)鍵，難度中等．