Question

(11分)已知短周期元素X、W、Z、Y核電荷數(shù)依次增大。X為原子半徑最小的元素，W的最外層電子數(shù)是次外層的二倍，Y的最外層電子數(shù)為電子層數(shù)的三倍。
(1)寫出Z單質(zhì)的電子式_______________________
(2)由X、W、Z三種元素可組成火箭燃料甲，三種元素質(zhì)量比為2∶6∶7，甲蒸氣密度是同溫同壓下氫氣密度的30倍，甲分子式________。Z、Y可形成多種化合物，其中化合物乙Z₂Y₄可做為火箭燃料燃燒時的供氧劑。雖然化合物甲與乙都有毒，但燃燒產(chǎn)物卻無毒。寫出化合物甲與乙反應(yīng)的化學(xué)方程式：                     ________________________
該反應(yīng)生成物能量總和　　　　（填“大于”、“小于”或“等于”）反應(yīng)物能量總和。
(3)X、Y兩種元素的單質(zhì)已被應(yīng)用于字宙飛船的燃料電池中，如圖所示，兩個電極均由多孔性碳構(gòu)成，通入的兩種單質(zhì)由孔隙逸出并在電極表面放電。

①b是電池的_____________極，a電極上的電極反應(yīng)式是_________________________，消耗n molY單質(zhì)時電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子個數(shù)約為_______________。
②如果燃料電池中，a電極上改為通入X與W兩種元素形成 的化合物丙(其它條件不變)寫出b電極上的電極反應(yīng)式是_________________________________。
③如果只把燃料電池電解質(zhì)改為摻入了三氧化二釔的ZrO₂晶體，它在高溫下傳導(dǎo)O^2－(其它條件不變)，電池工作時，固體電解質(zhì)里的O^2－向____________極(填a或b)移動，正極反應(yīng)式為________________________。

Answer 1

(1) （1分）
(2) C₂H₈N₂（1分）。C₂H₈N₂+2N₂O₄=2CO₂↑+3N₂↑+4H₂O↑（2分）   小于。（1分）
(3)①正極（1分），2H₂＋4OH^――4e^－＝4H₂O（1分）。4nN_A（1分）
②O₂＋2H₂O＋4e^－＝4OH^―（1分）   ③a （1分）   O₂＋4e^－＝2O^2－（1分）

根據(jù)元素的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)可知，X、W、Z、Y分別為H、C、N、O。
(1)氮氣中含有三鍵，電子式為。
（2）三種元素的質(zhì)量之比是2∶6∶7，所以原子個數(shù)之比是4∶1∶1。又因為甲蒸氣密度是同溫同壓下氫氣密度的30倍，所以甲的相對分子質(zhì)量是60，則其分子式為C₂H₈N₂。因為燃燒產(chǎn)物無毒，所以產(chǎn)物是氮氣、CO₂和水，方程式為C₂H₈N₂+2N₂O₄=2CO₂↑+3N₂↑+4H₂O↑。由于是放熱反應(yīng)，所以生成物的總能量小于反應(yīng)物的總能量。
（3）①原電池中負(fù)極失去電子，正極得到電子。所以氫氣在負(fù)極通入，正極在正極通入。所以b是正極，a是負(fù)極，電極反應(yīng)式為2H₂＋4OH^――4e^－＝4H₂O。1mol氧氣在反應(yīng)中得到4mol電子，所以反應(yīng)式中轉(zhuǎn)移的電子的數(shù)量為4nN_A。
②b電極通入的是氧氣，反應(yīng)式為O₂＋2H₂O＋4e^－＝4OH^―。
③原電池中電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。正極氧氣得到電子，反應(yīng)式為O₂＋4e^－＝2O^2－。