Question

8．Ⅰ．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相对位置如图所示，其中Y所处的周期序数与族序数相等．按要求回答下列问题：

（1）写出X的原子结构示意图．
（2）Y、Z、W的简单离子半径由大到小顺序为S^2-＞Cl^-＞Al³⁺（用离子符号表示）．
（3）含Y的某种盐常用作净水剂，其净水原理是Al³+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺（用离子方程式表示）．
Ⅱ．运用所学化学原理，解决下列问题：
（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．
工业上生产粗硅的热化学方程式为2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c）kJ•mol^-1．

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

（5）已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）．表为该反应在不同温度时的平衡常数．该反应的△H＜0（填“＞”、“＜”）；500℃时进行该反应，且CO和H₂O起始浓度相等，CO平衡转化率为75%．
（6）以熔融K₂CO₃为电解质的一种新型氢氧燃料电池工作原理如图所示．写出电极A的电极反应式H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中相对位置可知，X处于第二周期，其余元素处于第三周期，其中Y所处的周期序数与族序数相等，处于ⅢA族，则Y为Al、Z为Si、X为N、W为Cl，据此解答；
Ⅱ．（4）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（5）由表中数据可知，升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
CO和H₂O起始浓度相等，令他们的浓度为1mol/L，设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，利用三段式表示出平衡时各组分的浓度，根据平衡常数列方程计算，进而计算CO转化率；
（6）A为负极氢气发生氧化反应，生成的氢离子与电解质溶液中的碳酸根离子结合生成二氧化碳和水，电极反应式为：H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O．

解答 解：Ⅰ．由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中相对位置可知，X处于第二周期，其余元素处于第三周期，其中Y所处的周期序数与族序数相等，处于ⅢA族，则Y为Al、Z为Si、X为N、W为Cl，
（1）X为N元素，原子结构示意图为，故答案为：；
（2）电子层数越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数越多半径越小，所以Y、Z、W的简单离子半径由大到小顺序为：S^2-＞Cl^-＞Al³⁺，故答案为：S^2-＞Cl^-＞Al³⁺；
（3）含铝盐溶液中铝离子水解得到氢氧化铝胶体，可以用作净水剂，净水原理离子方程式为：Al³+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Al³+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺；
Ⅱ．（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，
根据盖斯定律，①+②-③得：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1，
故答案为：2C（s）+SiO₂（s）=2CO（g）+Si（s）△H=（a+b-c） kJ•mol^-1；
（5）由表中数据可知，升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，即△H＜0；
CO和H₂O起始浓度相等，令他们的起始浓度为1mol/L，设平衡时CO的浓度变化量为xmol/L，则：
            CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g）
开始（mol/L）：1       1       0       0
转化（mol/L）：x       x       x       x
平衡（mol/L）：1-x     1-x     x       x
故$\frac{x•x}{（1-x）•（1-x）}$=9，解得x=0.75，
故CO的转化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案为：＜；75%；
（6）A为负极氢气发生氧化反应，生成的氢离子与电解质溶液中的碳酸根离子结合生成二氧化碳和水，电极反应式为：H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O，故答案为：H₂-2e^-+CO₃^2-═CO₂+H₂O．

点评 本题考查结构性质位置关系应用、原电池、热化学方程式、化学平衡计算等，侧重对基础知识的巩固，（5）注意三行式在解题中的综合应用，难度不大．