Question

10．A、B、D、E四种元素均为短周期元素，原子序数逐渐增大．A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等．B、D、E三种元素在周期表中的相对位置如表所示，只有E元素的单质能与水反应生成两种酸．甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成，其中只有M分子同时含有三种元素；W为A、B两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料；甲、乙为非金属单质；X分子含有10个电子．它们之间的转化关系如图所示．

B	D
		E

请回答下列问题：
（1）Z的化学式为NO₂．
（2）E的单质与水反应的离子方程式为Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO．
（3）W空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．W空气燃料电池放电时，正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，负极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-═N₂+4H₂O．
（4）将一定量的A₂、B₂的混合气体放入1L密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡．测得平衡气体的总物质的量为0.50mol，其中A₂为0.3mol，B₂为0.1mol．则该条件下A₂的平衡转化率为33.3%．

Answer 1

分析 A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等，判断为H元素，B、D、E三种元素在周期表中相对位置如表①所示，应为二三周期的元素，只有E元素的单质能与水反应生成两种酸，结合物质性质和结构判断E为Cl元素；所以B为N元素，D为氧元素；甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成，其中只有M分子同时含有三种元素依据转化关系推断为HNO₃；判断Z为NO₂，Y为NO，甲、乙为非金属单质，甲为O₂，乙为N₂；X分子中含有10个电子判断X为H₂O，W为A（H）、B（N）两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料，判断为N₂H₄；依据判断出的元素和物质分析回答．

解答 解：A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等，判断为H元素，B、D、E三种元素在周期表中相对位置如表所示，应为二、三周期的元素，只有E元素的单质能与水反应生成两种酸，结合物质性质和结构判断E为Cl元素；所以B为N元素，D为氧元素；甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成，其中只有M分子同时含有三种元素依据转化关系推断为HNO₃；判断Z为NO₂，Y为NO，甲、乙为非金属单质，甲为O₂，乙为N₂；X分子中含有10个电子判断X为H₂O，W为A（H）、B（N）两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料，判断为N₂H₄；
（1）由分析可知，Z为二氧化氮，化学式为NO₂，故答案为：NO₂；
（2）E的单质为Cl₂，氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，单质与水不能拆，次氯酸为弱酸，不能拆，离子反应方程式为：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，故答案为：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；
（3）肼（N₂H₄）一空气燃料电池中，燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气再正极得到电子发生还原反应，电池总反应为：N₂H₄+O₂=N₂↑+2H₂O；
负极反应为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，正极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（4）依据推断可知A为氢元素，B为氮元素；将一定量的A₂、B₂混合气体放入1L密闭容器中，在500℃、2×10?Pa下达到平衡．反应为N₂+3H₂=2NH₃，测得平衡时混合气体的总物质的量为0.50mol，其中H₂为0.3mol，N₂为0.1mol．平衡混合物NH₃为0.1mol，
                 N₂ +3H₂=2NH₃，
起始量（mol） 0.15 0.45   0
变化量（mol ） 0.05 0.15  0.1
平衡量（mol） 0.1   0.3   0.1
则该条件下氢气的转化率=$\frac{0.15mol}{0.45mol}$×100%=33.3%，故答案为：33.3%．

点评 本题考查了物质性质的分析判断，物质转化的推断方法和物质性质的应用，盖斯定律的计算、化学平衡计算、原电池原理的应用是解题关键，题目难度中等．