Question

9．原子序数依次增大的A、B、C、D、E五种短周期元素，A是原子半径最小的元素，B的单质分子中有三对共用电子，C最外层电子数是次外层电子数的3倍，A、D同主族，E原子电子数比C原子电子数多5个，请回答下列问题：
（1）A、C、D形成的化合物W的电子式，以W溶液作为电解质溶液，E棒与铁棒分别作为电极构成原电池，则负极的电极反应式Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）A₂和B₂在工业上可合成一种重要的原料BA₃．
①如图是一定温度和压强下A₂（g）和B₂（g）反应生成1molBA₃（l）过程中能量变化示意图，已知：BA₃（l）?BA₃（g）△H=+ckJ/mol，请写出工业合成BA₃（g）的热化学反应方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（b-a-c）kJ•mol^-1；（△H的数值用含字母a、b、c的代数式表示）
②下列措施有利于提高B₂的转化率的是AB；
A．采取20～50MPa的大气压        B．降低温度         C．使用催化剂
③25℃时，xmol/L的BA₃水溶液的pH=14-n，若忽略水的电离，则BA₃水合分子的电离平衡常数$\frac{1{0}^{-2n}}{x-1{0}^{-n}}$（用含x、n的代数式表示）；
（3）化合物甲、乙都由A、B、C三种元素组成，甲为弱碱，乙为强酸；常温下，若两溶液中水的电离程度相同，若乙溶液的pH=a，则甲溶液中水电离产生的c（H⁺）=10^a-14mol/L；
（4）用D₂C₂在酸性条件下处理CN^-的工业废水，将得到一种能够参与大气生态环境循环的气体以及CO₂等物质，请写出该反应的离子方程式5Na₂O₂+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O．

Answer 1

分析 原子序数依次增大的A、B、C、D、E五种短周期元素，A是原子半径最小的元素，则A为H元素；B的单质分子中有三对共用电子，则B为N元素；C最外层电子数是次外层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；A、D同主族，D的原子序数大于氧，故D为Na；E原子电子数比C原子电子数多5个，E原子核外电子数为13，故E为Al．
（1）A、C、D形成的化合物W为NaOH，由钠离子与氢氧根离子构成；以NaOH溶液作为电解质溶液，Al棒与铁棒分别作为电极构成原电池，Al作负极，Al失去电子，碱性条件下生成偏铝酸根；
（2）①由图可知，一定温度和压强下H₂（g）和N₂（g）反应生成1molNH₃（l）过程中放出的热量为（b-a）kJ，则：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（l）△H=-2（b-a）kJ/mol，结合已知热化学方程式，利用盖斯定律构造目标热化学方程式；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是气体体积减小的放热反应，增大压强，降低温度，平衡向正反应方向移动，氮气转化率增大，使用催化剂缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，氮气的转化率不变；
③25℃时，xmol/L的NH₃水溶液的pH=14-n，计算溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-（14-n）}}$mol/L=10^-nmol/L，电离方程式为：NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，若忽略水的电离，则c（NH₄⁺）≈c（OH^-），溶液中c（NH₃．H₂O）=xmol/L-c（NH₄⁺），则NH₃水合分子的电离平衡常数Ka=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
（3）化合物甲、乙都由H、N、O三种元素组成，甲为弱碱，即甲为NH₃•H₂O，乙为强酸，即乙为HNO₃，若硝酸溶液的pH=a，根据Kw=c（H⁺）•c（OH^-），计算硝酸溶液中水电离产生的C_（H⁺）=c_（OH^-），常温下，若两溶液中水的电离程度相同，则氨水溶液中氢离子浓度等于硝酸溶液中氢氧根离子浓度；
（4）用Na₂O₂在酸性条件下处理CN^-的工业废水，反应生成氮气以及CO₂等物质，结合守恒配平书写离子方程式．

解答 解：原子序数依次增大的A、B、C、D、E五种短周期元素，A是原子半径最小的元素，则A为H元素；B的单质分子中有三对共用电子，则B为N元素；C最外层电子数是次外层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；A、D同主族，D的原子序数大于氧，故D为Na；E原子电子数比C原子电子数多5个，E原子核外电子数为13，故E为Al．
（1）A、C、D形成的化合物W为NaOH，其电子式为，以NaOH溶液作为电解质溶液，Al棒与铁棒分别作为电极构成原电池，Al作负极，则负极的电极反应式：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：；Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）A₂和B₂在工业上可合成一种重要的原料BA₃．
①由图可知，一定温度和压强下H₂（g）和N₂（g）反应生成1molNH₃（l）过程中放出的热量为（b-a）kJ，
则：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（l）△H=-2（b-a）kJ/mol，①
已知：BH₃（l）?BH₃（g）△H=+ckJ/mol，则生成1molNH₃（g） ②
根据盖斯定律，①+②×2得：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（b-a-c）kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（b-a-c）kJ•mol^-1；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是气体体积减小的放热反应，
A．采取20～50MPa的大气压，增大压强，平衡向正反应方向移动，氮气转化率增大，故A正确；
B．降低温度，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，故B正确；
C．使用催化剂缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，氮气的转化率不变，故C错误，
故选：AB；
③25℃时，xmol/L的NH₃水溶液的pH=14-n，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-（14-n）}}$mol/L=10^-nmol/L，电离方程式为：NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，若忽略水的电离，则c（NH₄⁺）≈c（OH^-）=10^-nmol/L，溶液中c（NH₃．H₂O）=（x-10^-n）mol/L，则NH₃水合分子的电离平衡常数为$\frac{1{0}^{-n}×1{0}^{-n}}{x-1{0}^{-n}}$=$\frac{1{0}^{-2n}}{x-1{0}^{-n}}$，
故答案为：$\frac{1{0}^{-2n}}{x-1{0}^{-n}}$；
（3）化合物甲、乙都由H、N、O三种元素组成，甲为弱碱，即甲为NH₃•H₂O，乙为强酸，即乙为HNO₃，若硝酸溶液的pH=a，据Kw=c（H⁺）•c（OH^-），则溶液中水电离产生的C_（H⁺）=c_（OH^-）=10^a-14mol/L，常温下，若两溶液中水的电离程度相同，则甲溶液中水电离产生的c（H⁺）=10^a-14mol/L，
故答案为：10^a-14mol/L；
（4）用Na₂O₂在酸性条件下处理CN^-的工业废水，将得到一种能够参与大气生态环境循环的气体以及CO₂等物质，参与大气生态环境循环的气体为氮气，该反应的离子方程式：5Na₂O₂+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O，
故答案为：5Na₂O₂+2CN^-+12H⁺=2CO₂↑+N₂↑+10Na⁺+6H₂O．

点评 本题考查结构性质位置关系综合应用，涉及电子式、电极反应式、热化学方程式、化学平衡移动、弱电解质的电离计算、离子方程式书写等，是对基础知识的综合考查，难度中等．