Question

有M、A、B、D、N、E五种短周期元素，原子序数依次增大．M元素的单质是自然界最轻的气体，N元素的原子半径是所在周期原子半径最大的．A、B、D、E分别在表（周期表的一部分）占有相应的位置，它们的原子序数之和为37．试回答：
（1）在B、D、E三种元素的最简单氢化物中，最稳定的是______（填化学式）．M、D、E、N形成的简单离子的半径由大到小的关系是（用离子符号表示）______．
（2）A、B、D、M可组成多种18电子分子，请写出2种具有18电子的有机物的结构简式（用结构简式表示）______、______．
（3）由A、D、N三种元素组成的无机物（相对分子质量106），其水溶液呈碱性，用离子方程式表示其原因______．
（4）元素B的氢化物与元素D单质一定条件下发生置换反应，在该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______．
（5）在火箭推进器中装有强还原剂B₂M₄和强氧化剂M₂D₂，已知0.5mol液态B₂M₄和足量液态M₂D₂反应，生成一种无色无味无毒的气体和一种蒸气，放出320.8kJ热量，
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ?mol^-1
2M₂D₂（1）=2M₂D（1）+D₂（g）△H=-196.4kJ?mol^-1
写出B₂M₄与氧气反应的热化学方程式为______．
请写出B₂M₄、D₂与KOH溶液组成的碱性电池的负极反应式（已知：B₂M₄可以和 D₂反应生成B₂和M₂D）______；该电池中OH^-移向______极．

Answer 1

【答案】分析：有M、A、B、D、N、E五种短周期元素，原子序数依次增大．M元素的单质是自然界最轻的气体，所以M是氢气；根据A、B、D、E分别在表（周期表的一部分）占有相应的位置，它们的原子序数之和为37，且DE属于同一主族，原子序数相差8，所以A、B、D、E分别是碳元素、氮元素、氧元素、硫元素；N元素的原子半径是所在周期原子半径最大的，所以N是钠元素．
（1）根据元素周期律知，元素的非金属性越强其氢化物越稳定；电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数的增大而减小，同一主族元素的离子，离子半径随着原子序数的增大而增大．
（2）先根据电子数判断含有碳原子的个数，从而写出其结构简式．
（3）由A、D、N三种元素组成的无机物（相对分子质量106），所以该无机物是碳酸钠，根据盐的类型判断其溶液的酸碱性．
（4）先根据已知条件写出反应方程式，再根据氧化剂和还原剂的计量数判断．
（5）先根据已知条件写出热化学反应方程式；燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动．
解答：解：有M、A、B、D、N、E五种短周期元素，原子序数依次增大．M元素的单质是自然界最轻的气体，所以M是氢气；根据A、B、D、E分别在表（周期表的一部分）占有相应的位置，它们的原子序数之和为37，且DE属于同一主族，原子序数相差8，所以A、B、D、E分别是碳元素、氮元素、氧元素、硫元素；N元素的原子半径是所在周期原子半径最大的，所以N是钠元素．
（1）、在B、D、E三种元素的最简单氢化物分别是：氨气、水、硫化氢，元素的非金属性越强其氢化物越稳定，非金属最强的是氧元素，所以其氢化物最稳定的是水；电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数的增大而减小，同一主族元素的离子，离子半径随着原子序数的增大而增大，氧离子和钠离子的电子层结构相同，钠元素的原子序数大于氧元素的原子序数，所以氧离子半径大于钠离子半径，氧元素和硫元素属于同一主族，硫元素的原子序数大于氧元素的原子序数，所以硫离子半径大于氧离子半径；氢离子半径最小．
故答案为：H₂O，S^2-＞O^2-＞Na⁺＞H⁺；
（2）A、B、D、M可组成多种18电子分子，具有18电子的有机物一定含有碳、氢元素，碳原子最多能形成4个共价键，氢原子最多能形成一个共价键，若该有机物一个分子中含有一个碳原子，如果剩余的都为氢原子，不和有机物规则，故舍去，如果含有一个碳原子一个氧原子，剩余的为氢原子，即该分子中含有一个碳原子、一个氧原子和4个氢原子，该分子是甲醇；如果该有机物一个分子中含有2个碳原子，剩余的为氢原子，含有6个氢原子，该有机物是乙烷．
故答案为：CH₃OH；CH₃CH₃．
（3）由A、D、N三种元素组成的无机物（相对分子质量106），所以该无机物是碳酸钠，碳酸钠是强碱弱酸盐，碳酸钠溶于水易水解生成碳酸氢钠和氢氧化钠，导致溶液呈碱性，水解离子方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．
（4）元素B的氢化物与元素D单质一定条件下发生置换反应，即氨气和氧气在一定条件下发生置换反应，反应方程式为：
4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，氧化剂是氧气，还原剂是氨气，所以在该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：4．
 故答案为：3：4；
（5）0.5mol液态N₂H₄和足量液态H₂O₂反应，生成一种无色无味无毒的气体和一种蒸气，强还原剂为N₂H₄，强氧化剂为
H₂O₂，所以生成的无色无味无毒的气体是氮气，一种蒸汽是水蒸气，放出320.8kJ热量，所以该反应的热化学反应方程式为：N₂H₄（1）+2H₂O₂ （1）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-641.6kJ?mol^-1；①
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44kJ?mol^-1②
2H₂O₂（1）=2H₂O（1）+O₂（g）△H=-196.4kJ?mol^-1③
将方程式①-②×4-③得方程式：
N₂H₄ （1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（1）△H=-621.2kJ?mol^-1；
燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，该燃料电池中燃料是N₂H₄，所以N₂H₄在负极上失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为：N₂H₄-4e^─+4OH^─=N₂+4H₂O；燃料原电池中，溶液里阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以氢氧根离子向负极移动．
故答案为：N₂H₄ （1）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（1）△H=-621.2kJ?mol^-1；N₂H₄-4e^─+4OH^─=N₂+4H₂O；负．
点评：本题考查了电极反应式的书写、热化学反应方程式的书写、水解反应方程式的书写等知识点，难度不大，书写电极反应式时要结合电解质溶液的酸碱性判断电极上的生成物．