Question

18．（1）X是短周期中原子半径最小的元素，X、Y组成的气体甲能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；
①Y的原子结构示意图是．
②写出向硝酸铝溶液中通入过量气体甲的反应的离子方程式Al³⁺+3NH₃+3H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（2）用硝酸铝溶液（加入分散剂）制备纳米氧化铝粉体的一种工艺流程如图1．

已知：①（CH₂）₆N₄水溶液显碱性．
②K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33；溶液中离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1时，可认为这种离子在溶液中不存在
①凝胶中含有的硝酸盐除硝酸铝外还有硝酸铵．
②0.1mol•L^-1上述硝酸盐溶液中，所含离子浓度由大到小的顺序是c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（3）（图2）镍氢电池（NiMH）正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金，该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni（OH）₂+M═NiOOH+MH
①放电时负极反应为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
②充电时阳极反应为：Ni（OH）₂+OH^--e^-═NiOOH+H₂O．
③利用镍氢电池电解50mL l.00mol/L食盐水，电解一段时间后，收集到标准状况下的X₂气体1.12L（设电解后溶液体积不变）．则电解后溶液的pH=14，阳极产生气体的体积在标准状况下是0.84L．

Answer 1

分析 （1）X是短周期中原子半径最小的元素，则X为H元素；X、Y组成的气体甲能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则Y为N元素，甲为NH₃；
（2）硝酸铝加入（CH₂）₆N₄水溶液充分搅拌，调节溶液pH=3.95时可生成氢氧化铝胶体，水浴加热生成氢氧化铝凝胶，冷却、干燥后煅烧可得纳米氧化铝．
①（CH₂）₆N₄水溶液显碱性，-3价的N元素结合氢离子，+2价的CH₂基团结合氢氧根离子，水解方程式为：（CH₂）₆N₄+10H₂O?6HCHO+4NH₄⁺+4OH^-，溶液中会存在硝酸铵；
②硝酸铵溶液中NH₄⁺离子水解，溶液呈酸性；
（3）充电过程中的总反应方程式是：Ni（OH）₂+M═NiOOH+MH，属于电解过程．
①放电时过程属于原电池，放电过程总反应式为：NiOOH+MH=Ni（OH）₂+M，负极发生氧化反应，氢气失去电子，碱性条件下生成水；
②充电时阳极发生氧化反应，Ni（OH）₂失去电子生成NiOOH，由电荷守恒，有氢氧根离子参与反应，同时有水生成；
③石墨为阳极，Fe为阴极，X₂气体为氢气，阴极只有氢离子放电，阳极首先是氯离子放电生成氯气，氯离子放电完毕，氢氧根离子放电生成氧气，氢气物质的量为0.05mol，氯化钠为0.05mol，NaCl不足，阳极有氧气生成，最终为NaOH溶液，根据钠离子守恒计算NaOH浓度，进而计算溶液pH；根据氯原子守恒计算氯气物质的量，根据电子转移守恒计算氧气物质的量，进而计算阳极得到气体体积．

解答 解：（1）X是短周期中原子半径最小的元素，则X为H元素；X、Y组成的气体甲能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则Y为N元素，甲为NH₃．
①Y为N元素，原子结构示意图是：，故答案为：；
②向硝酸铝溶液中通入过量氨气的反应的离子方程式：Al³⁺+3NH₃+3H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Al³⁺+3NH₃+3H₂O═Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）硝酸铝加入（CH₂）₆N₄水溶液充分搅拌，调节溶液pH=3.95时可生成氢氧化铝胶体，水浴加热生成氢氧化铝凝胶，冷却、干燥后煅烧可得纳米氧化铝．
①（CH₂）₆N₄水溶液显碱性，-3价的N元素结合氢离子，+2价的CH₂基团结合氢氧根离子，水解方程式为：（CH₂）₆N₄+10H₂O?6HCHO+4NH₄⁺+4OH^-，溶液中会存在硝酸铵，
故答案为：硝酸铵；
②硝酸铵溶液中NH₄⁺离子水解，溶液呈酸性，溶液中离子浓度大小为：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案为：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（3）充电过程中的总反应方程式是：Ni（OH）₂+M═NiOOH+MH，属于电解过程．
①放电时过程属于原电池，放电过程总反应式为：NiOOH+MH=Ni（OH）₂+M，负极发生氧化反应，氢气失去电子，碱性条件下生成水，负极电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
②充电时阳极发生氧化反应，Ni（OH）₂失去电子生成NiOOH，由电荷守恒，有氢氧根离子参与反应，同时有水生成，阳极电极反应式为：Ni（OH）₂+OH^--e^-═NiOOH+H₂O，
故答案为：Ni（OH）₂+OH^--e^-═NiOOH+H₂O；
③石墨为阳极，Fe为阴极，X₂气体为氢气，阴极只有氢离子放电，阳极首先是氯离子放电生成氯气，氯离子放电完毕，氢氧根离子放电生成氧气，氢气物质的量为$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，转移电子为0.05mol×2=0.1mol，氯化钠为0.05L×1mol/L=0.05mol，氯离子完全放电转移电子为0.05mol，故NaCl不足，阳极有氧气生成，最终为NaOH溶液，根据钠离子守恒c（OH^-）=c（NaOH）=c（NaCl）=1mol/L，故溶液中c（H⁺）=10^-14mol/L，则溶液pH=-lg10^-14=14，
生成氯气为$\frac{0.05mol}{2}$=0.025mol，根据电子转移守恒，生成氧气物质的量为$\frac{0.1mol-0.05mol}{4}$=0.0125mol，阳极产生的气体为Cl₂和O₂，总体积V=（0.025+0.0125）mol×22.4L/mol=0.84L，
故答案为：14；0.84．

点评 本题考查结构性质位置关系应用、盐类水解、原电池与电解原理等，属于拼合型题目，（2）中注意对水解反应的理解判断发生的反应，（3）中注意根据守恒法进行计算，是对学生综合能力的考查．