Question

X、Y、Z、W均为含有10电子的微粒，W为离子，X、Y、Z为分子，且X与Z分子中含有的共用电子数之比为3：4．
（1）X的电子式______；若实验室用如图所示装置制取X，则制取X的化学反应方程式为______．
（2）已知：W+X+H₂O→白色沉淀，为进一步确定W，进行如下实验，请补全实验操作、现象和结论：取上述白色沉淀少量置于试管中，______．
（3）常温下，取10ml pH=a的Y的稀溶液，加水稀释时pH随溶液体积的变化如图所示，则Y的化学式为______，下列叙述正确的是______

①Y溶于水部分电离
②稀释后所有离子的浓度均减小
③Y的水溶液通常保存在玻璃瓶中
④稀释后，阴离子的物质的量浓度之和增大
（4）已知H₂的燃烧热为285.8kJ/mol．现有Z和H₂ 的混合气体共0.2mol，与O₂完全燃烧生成H₂O（l）和CO₂（g），转移电子的物质的量为1.0mol，放出的热量为117.6kJ．写出Z完全燃烧的热化学反应方程式______．写出Z和O₂在KOH溶液中构成燃料电池的负极的电极反应式______．

Answer 1

解：（1）10个电子的微粒有：分子：CH₄、NH₃、H₂O、HF、Ne；阴离子：N^3-、O^2-、F^-、OH^-、NH₂^-；
阳离子：Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺、H₃O⁺．
根据X与Z分子中含有的共用电子数之比为3：4，即可确定X为NH₃，含有3对共用电子对；Z为CH₄，含有4对共用电子对．
实验室制取氨气的原理为：氨盐+碱氨气，氨盐通常用NH₄Cl，碱通常用Ca（OH）₂．
则X的电子式：，实验室制取氨气的方程式为：Ca（OH）₂+2NH₄ClCaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
故答案为：；Ca（OH）₂+2NH₄ClCaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（2）根据W+X+H₂O→白色沉淀，W为离子，X为NH₃，溶于水即得氨水，能与氨水反应生成白色沉淀的离子W可能为
Mg²⁺、Al³⁺，生成的白色沉淀可能为Mg（OH）₂、Al（OH）₃，Mg（OH）₂白色沉淀不与NaOH反应，Al（OH）₃白色沉淀与
NaOH反应，方程式为：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，使白色沉淀消失．所以为进一步确定W离子，只需取上述白色沉淀少量置于试管中，加氢氧化钠溶液，观察是否溶解，若能溶解则W是Al³⁺，若不能溶解则W是Mg²⁺．
故答案为：加入氢氧化钠溶液（或足量氢氧化钠溶液），若观察到白色沉淀溶解（或白色沉淀全部溶解），则证明W为Al³⁺；若观察到白色沉淀不溶解，则证明W为Mg²⁺；
（3）根据Y为分子，且常温下取10ml pH=a的Y的稀溶液，加水稀释时pH随溶液体积的变化而增大，
稀释至1000ml时PH＜a+2，则Y的水溶液为弱酸，即为氢氟酸，Y化学式为HF．
下列叙述中①Y溶于水部分电离，由于氢氟酸为弱酸，是弱电解质，所以电离程度为部分电离．故①正确；
②稀释后所有离子的浓度均减小，由于溶液体积增大，c（H⁺）、c（F^-）都减小，而溶液中c（H⁺）?c（OH^-）═10^-14是一个恒定的值，C（H⁺）减小，则C（OH^-）增大，故②错误；
③Y的水溶液通常保存在玻璃瓶中，由于氢氟酸能与玻璃反应，方程式为：SiO₂+4HF═SiF₄+2H₂O，所以不能保存在玻璃瓶中，故③错误；
④稀释后，阴离子的物质的量浓度之和增大，根据溶液中电荷守恒：C（H⁺）═C（F^-）+C（OH^-），而C（H⁺）减小，所以阴离子的物质的量浓度之和也减小，故④错误．
故答案为：HF；①；
（4）已知H₂的燃烧热为285.8kJ/mol．其热化学方程式为：H₂（g）+O₂（g）H₂O（l）；△H═-285.8kJ/mol．
Z为CH₄，其燃烧化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（1）
设混合气体中H₂的物质的量为x，CH₄的物质的量为y，
1molH₂转移电子的物质的量为2mol，CH₄中碳为-4价，CO₂中碳为+4价，则1molCH₄转移电子的物质的量为8mol，
H₂（g）+O₂（g）H₂O（l）；△H═-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（1）
则：
解得：
即0.1molH₂放出的热量为28.58kJ，0.1molCH₄放出的热量为117.6kJ-28.58kJ，为89.02 kJ，
则1molCH₄放出的热量为890.2 kJ，故热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.2 kJ/mol．
CH₄中碳元素化合价为-4价，燃烧转变为CO₂中碳为+4价，失去8e^-，同时在KOH溶液中反应转变为CO₃^2-和H₂O，结合电荷守恒配平可得电极反应式：CH₄-8e^-+10 OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.2 kJ/mol；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
分析：（1）10个电子的微粒有：分子：CH₄、NH₃、H₂O、HF、Ne；阴离子：N^3-、O^2-、F^-、OH^-、NH₂^-； 阳离子：Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺、H₃O⁺，根据X与Z分子中含有的共用电子数之比为3：4，即可确定X为NH₃，含有3对共用电子对；Z为CH₄，含有4对共用电子对，实验室制取氨气的原理为：氨盐+碱氨气，氨盐通常用NH₄Cl，碱通常用Ca（OH）₂；
（2）根据W+X+H₂O→白色沉淀，W为离子，X为NH₃，溶于水即得氨水，能与氨水反应生成白色沉淀的离子W可能为
Mg²⁺、Al³⁺，为进一步确定W，只需取上述白色沉淀少量置于试管中，加氢氧化钠溶液，观察是否溶解；
（3）根据Y为分子，且常温下取10ml pH=a的Y的稀溶液，加水稀释时pH随溶液体积的变化而增大，
稀释至1000ml时PH＜a+2，则Y的水溶液为弱酸，即为氢氟酸，Y化学式为HF．
（4）根据H₂的燃烧方程式和CH₄的燃烧方程式，结合已知条件计算求解．
点评：本题考查10电子微粒、氨气的实验室制法、Mg²⁺和Al³⁺的检验、弱酸的电离、离子守恒、热化学方程式的计算等内容，难度中等，解题时需抓住10电子微粒进行推断，结合相关知识，尤其是弱酸的电离和离子的电荷守恒，综合运用进行解题．