Question

X、Y、Z、U、V是元素周期表前四周期中的五种常见元素，其相关信息如下表：

元素	相关信息
X	地壳中含量最多的金属，其氧化物可用作耐火材料
Y	单质在常温常压下为黄绿色气体
Z	常温常压下，单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积
U	常温下单质遇浓硫酸钝化，其一种核素的质量数为56，中子数为30
V	属短周期元素，原子的最外层电子数是内层电子数的2/5

 
请回答下列问题：
（1）元素X位于周期表中第    周期第   族，其离子结构示意图为          。
（2）上述元素中最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是           （写化学式），非金属气态氢化物还原性最强的是            （写化学式）。
（3）在碱性条件下，Y的单质可与UO₂^－反应制备一种可用于净水的盐UO₄^2－，该反应的离子方程式是                                                    。
（4）我国首创的海洋电池被大规模用于海洋灯塔。该电池是以X板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，电池总反应为：4X+3O₂+6H₂O=4X(OH)₃。该电池正极反应为                        。
（5）已知25℃时，K_sp[U(OH)₃]=2.63×10^－39，则该温度下反应U(OH)₃+3H⁺U³⁺+3H₂O的平衡常数K=                       。

Answer 1

（16分）
（1）三、ⅢA        （3分，每空1分）
（2）HClO₄     SiH₄    （4分，每空2分）
（3）2FeO₂^－+ 3Cl₂ + 8OH^－ = 2FeO₄^2－+ 6Cl^－+ 4H₂O （3分）
（4）O₂+4e^－+2H₂O=4OH^－或3O₂+12e^－+6H₂O=12OH^－  （3分）
（5）2.63×10³   （3分，带单位计算也给分）

试题分析：（1）地壳中含量最多的金属元素是铝，则X是Al，铝原子具有283的电子层结构，位于第三周期第IIIA族；1个氯原子失去3个电子变为铝离子，则Al³⁺的核电荷数为13，具有28电子层结构；（2）氯气在常温常压下是黄绿色气体，则Y是氯元素，其最高价氧化物对应水化物是高氯酸，HClO₄是已知酸中酸性最强的酸；硫磺在常温常压下是淡黄色固体，则Z为硫元素；由于质子数=质量数—中子数=56—30=26，则U为铁元素；短周期元素原子的内层电子数可能是2或10，最外层电子数是内层电子数的2/5，说明电子层结构为284，则V是硅元素；根据元素周期律可知，非金属性：Si<S<Cl，则单质的氧化性：Si<S<Cl₂，气态氢化物的还原性：SiH₄>H₂S>HCl；（3）Cl₂是强氧化剂，能将FeO₂^－氧化为FeO₄^2－，氯由0降为－1价，铁由+3价升为+6价，根据化合价升降总数相等、电荷守恒、原子守恒可得：2FeO₂^－+ 3Cl₂ + 8OH^－= 2FeO₄^2－+ 6Cl^－+ 4H₂O；（4）4Al+3O₂+6H₂O=4Al(OH)₃，铝由0升为+3价，失去电子，发生氧化反应，说明铝作负极；氧由0降为—2价，得到电子，发生还原反应，说明氧气是正极反应物，根据电子、电荷、原子守恒可知，正极反应式为O₂+4e^－+2H₂O=4OH^－或3O₂+12e^－+6H₂O=12OH^－；（5）25℃时，K_sp[Fe(OH)₃]=2.63×10^－39，K_w=1.0×10^－14，Fe(OH)₃+3H⁺Fe³⁺+3H₂O，固体和纯液体不能写入平衡常数表达式，则该反应的平衡常数K=c(Fe³⁺)/c³(H⁺)=[c(Fe³⁺)?c³(OH^－)]/[c³(H⁺)?c³(OH^－)]= K_sp[Fe(OH)₃]/K_w³=2.63×10^－39/(1.0×10^－14) ³=2.63×10³。