Question

2．A、B、C、D、E、F六种物质的转化关系如图所示（反应条件和部分产物未标出）．
（1）若A为短周期金属单质，D为短周期非金属单质，且所含元素的原子序数A原子是D原子的2倍，D原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍，化合物B是造成温室效应的主要气体，F的浓溶液与A、D反应都有红棕色气体生成．则A原子的结构示意图为，反应④的化学方程式为C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（2）若A是常见的变价金属的单质，D、F是气态单质，且反应①和②均在水溶液中进行，写出反应②的离子方程式是2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-，E与A再生成C的离子方程式是2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（3）请依据（2）中E与A的反应，设计一个原电池．要求：画出实验装置图（如图2），注明电解质溶液名称，正、负极及正负极材料，并标出电子移动方向，写出电极反应式．
正极反应式：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；
负极反应式：Fe-2e^-═Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）若A为短周期金属单质，D为短周期非金属单质，D原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故D为碳，所含元素的原子序数A是D原子的2倍，则A原子序数是12，则A是Mg；化合物B是造成温室效应的主要气体，结合反应①可知B是CO₂，C是MgO，F的浓溶液与A、D反应都有红棕色气体生成，则F是HNO₃，E是Mg（NO₃）₂；
（2）若A是常见的变价金属的单质，D、F是气态单质，且反应①在水溶液中进行，D和F单质化合反应生成B为酸，由转化关系可知气体单质F能与A反应生成高价态化合物，则推断变价金属A为Fe，F为Cl₂，D为H₂，B为HCl，E为FeCl₃；
（3）E与A发生反应：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，石墨作正极，电极反应式为2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，Fe作负极，电极反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺，电解质溶液为FeCl₃溶液，电子由负极流出，经导线流向正极．

解答 （1）若A为短周期金属单质，D为短周期非金属单质，D原子的最外层电子数是其次外层电子数的2倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故D为碳，所含元素的原子序数A是D原子的2倍，则A原子序数是12，则A是Mg；化合物B是造成温室效应的主要气体，结合反应①可知B是CO₂，C是MgO，F的浓溶液与A、D反应都有红棕色气体生成，则F是HNO₃，E是Mg（NO₃）₂，则：
A原子的结构示意图为：，反应④的化学方程式为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案为：；C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）若A是常见的变价金属的单质，D、F是气态单质，且反应①在水溶液中进行，D和F单质化合反应生成B为酸，由转化关系可知气体单质F能与A反应生成高价态化合物，则推断变价金属A为Fe，F为Cl₂，D为H₂，B为HCl，E为FeCl₃，则：
反应②的离子方程式是：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-，E与A再生成C的离子方程式是：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案为：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-；2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（3）E与A发生反应：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，石墨作正极，电极反应式为2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，Fe作负极，电极反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺，电解质溶液为FeCl₃溶液，电子由负极流出，经导线流向正极，装置图为：，
故答案为：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；Fe-2e^-═Fe²⁺；．

点评 本题考查无机物的推断、原电池设计等，涉及Fe、Mg、Cl、C、N元素化合物性质与转化，需要学生熟练掌握元素化合物性质，理解原电池工作原理，题目难度中等．