Question

10．X、Y、Z、W、M是元素周期表中原子序数依次增大的五种元素，其相关信息如表：

元素	相关信息
X	元索周期表中核电荷数最小的元素
Y	Y的一种核素常用于考古，其一种同素异形体为自然界最硬的物质
Z	Z是大气中含量最多的元素，其某些氧化物为大气中常见的污染物
W	W是地壳中含量最高的金属元素
M	常见金属，单质呈紫红色

（1）W位于元素周期表第三周期第ⅢA族；W的简单离子半径比Z的简单离子半径小（填“大”或“小”）．
（2）Z原子的第一电离能比氧原子的大（填“大”或“小”）；M的基态原子价电子排布式是3d¹⁰4s¹．
（3）X与Y可形成多种化合物，其中常用来切割或焊接金属的气体分子中σ键和π键之比是3：2，空间构型是直线形．
（4）X与Z形成的最简单化合物用途非常广泛，试列举两种用途：制硝酸、作制冷剂；该化合物具有较强的还原性，加热时能将M的氧化物MO还原，写出该反应的化学方程式：3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O．
（5）可用YX₄还原ZO_x以消除其污染．已知：
YX₄ （g）+4ZO₂ （g）═4ZO₂（g）+YO₂（g）+2X₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
YX₄ （g）+4ZO（g）═2Z₂ （g）十YO₂ （g）+2X₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
试写出用YX₄还原ZO₂至Z₂的热化学方程式：CH₄ （g）+2NO₂ （g）=CO₂（g）+N₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W、M是元素周期表中原子序数依次增大的五种元素，X是元素周期表中核电荷数最小的元素，故X为H元素；Y的一种核素常用于考古，其一种同素异形体为自然界最硬的物质，则Y为C元素；Z是大气中含量多的元素，其某些氧化物为大气中常见的污染物，则Z为N元素；W是地壳中含量最高的金属元素，则W为Al；M是常见金属，单质呈紫红色，故M为Cu，据此解答．

解答 解：X、Y、Z、W、M是元素周期表中原子序数依次增大的五种元素，X是元素周期表中核电荷数最小的元素，故X为H元素；Y的一种核素常用于考古，其一种同素异形体为自然界最硬的物质，则Y为C元素；Z是大气中含量多的元素，其某些氧化物为大气中常见的污染物，则Z为N元素；W是地壳中含量最高的金属元素，则W为Al；M是常见金属，单质呈紫红色，故M为Cu．
（1）W是Al元素，位于元素周期表第三周期第ⅢA族；Al³⁺、N^3-离子电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径：Al³⁺＜N^3-，
故答案为：三；ⅢA；小；
（2）N元素原子2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于氧原子；M为Cu元素，原子核外有29个电子，处于的第四周期IB族，基态原子价电子排布式是3d¹⁰4s¹，
故答案为：大；3d¹⁰4s¹；
（3）H与C可形成多种化合物，其中常用来切割或焊接金属的气体为C₂H₂，结构式为H-C≡C-H，分子中σ键和π键之比是3：2，空间构型是：直线形，
故答案为：3：2；直线形；
（4）H与N形成的最简单化合物为NH₃，用途非常广泛，可以制硝酸、作制冷剂、制化肥、制纯碱等，该化合物具有较强的还原性，加热时能将CuO还原，反应生成Cu、氮气与水，该反应的化学方程式为：3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O，
故答案为：制硝酸；作制冷剂；3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂↑+3H₂O；
（5）已知：①CH₄ （g）+4NO₂ （g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄ （g）+4NO（g）=2N₂ （g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
根据盖斯定律①+②得：2CH₄ （g）+4NO₂ （g）=2CO₂（g）+2N₂ （g）+4H₂O（g）△H=-1734kJ•mol^-1，即热化学方程式为CH₄ （g）+2NO₂ （g）=CO₂（g）+N₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄ （g）+2NO₂ （g）=CO₂（g）+N₂ （g）+2H₂O（g）△H=-867kJ•mol^-1．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及结构性质位置关系、电离能、核外电子排布、化学键、热化学方程式书写等，难度不大，注意对理解掌握同周期第一电离能异常原因．