Question

X、Y、Z三种短周期元素，其单质在常温下均为无色气体，它们的原子序数之和为16．在适当条件下三种单质两两化合，可发生如图1所示变化．己知1个B分子中含有Z元素的原子个数比C分子中含有Z元素的原子个数少1个．

请回答下列问题：
（1）由 X、Y、Z三种元素共同组成的三种不同种类化合物的化学式为

 

，相同浓度上述水溶液中由水电离出的c（H⁺）由大到小的顺序是

 

（填写化学式）．
（2）Allis-Chalmers制造公司发现可以用C作为燃料电池的燃料，以氢氧化钾溶液为介质，发生如下反应：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，试写出该电池负极的电极反应式

 

，溶液中OH^-向

 

极移动（填“正“或“负“）．
（3）Z分别与X、Y两元素可以构成18个电子分子甲和乙，其分子中只存在共价单键，常温下甲、乙均为无色液体，甲随着温度升高分解速率加快．
①乙能够将CuO还原为Cu₂O，已知每1mol乙参加反应有4mol电子转移，该反应的化学方程式为

 

．
②将铜粉末用10%甲和3.0mol?L^-1H₂SO₄混合溶液处埋，测得不同温度下铜的平均溶解速率如下表：

温度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
铜的平均溶解速率 （×10-3mol-L-1?min-1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

由表中数据可知，当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着温度的升高而下降，其主要原因是

 

．
③实验室可用甲作试剂取X的单质，发生装置可选用如图2所示的

 

（填装置代号）．

Answer 1

分析：（1）X、Y、Z三种短周期元素，其单质在常温下均为无色气体，短周期中形成无色气体单质的只有H₂、N₂、O₂（稀有气体除外），H、N、O原子序数之和为16，故三种元素为H、N、O，三种气体单质相互反应生成H₂O、NH₃、NO，一个B分子中含有的Z元素的原子个数比一个C分子中少一个，则B为H₂O，C为NH₃，Z为氢元素．由关系图可知：Z单质与X单质反应生成B（H₂O），故X为氧元素；Z单质与Y单质反应生成C（NH₃），故Y为氮元素；所以A为NO，据此解答．
（2）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极放电，碱性条件下生成氮气与水；
溶液中阴离子向负极移动；
（3）H分别与O、N两元素可以构成18个电子分子甲和乙，则甲为H₂O₂，乙为N₂H₄，
①根据电子转移计算N元素在产物中的化合价，确定产物，据此书写；
②温度升高H₂O₂的分解速率加快，导致H₂O₂的浓度降低从而使铜的溶解速率慢
③H₂O₂在二氧化锰作催化剂分解生成氧气，反应不需要加热．

解答：解：（1）X、Y、Z三种短周期元素，其单质在常温下均为无色气体，短周期中形成无色气体单质的只有H₂、N₂、O₂（稀有气体除外），H、N、O原子序数之和为16，故三种元素为H、N、O，三种气体单质相互反应生成H₂O、NH₃、NO，一个B分子中含有的Z元素的原子个数比一个C分子中少一个，则B为H₂O，C为NH₃，Z为氢元素．由关系图可知：Z单质与X单质反应生成B（H₂O），故X为氧元素；Z单质与Y单质反应生成C（NH₃），故Y为氮元素；所以A为NO，
由 H、N、O三种元素共同组成的三种不同种类化合物的化学式为：NH₄NO₃、NH₃?H₂O、HNO₃，铵根离子的水解程度小于一水合氨的电离程度，硝酸是强电解质，故相同浓度上述水溶液中，由水电离出的c（H⁺）由大到小的顺序是NH₄NO₃、NH₃?H₂O、HNO₃，
故答案为：NH₄NO₃、NH₃?H₂O、HNO₃；NH₄NO₃、NH₃?H₂O、HNO₃；
（2）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极放电，碱性条件下生成氮气与水，电极反应式为：4NH₃+12OH^--12e^-=2N₂+12H₂O，溶液中阴离子向负极移动，
故答案为：4NH₃+12OH^--12e^-=2N₂+12H₂O；负；
（3）H分别与O、N两元素可以构成18个电子分子甲和乙，则甲为H₂O₂，乙为N₂H₄，
①令N元素在氧化产物的化合价为x，由电子转移守恒可知，2[x-（-2）]=4，解得x=0，故生成氮气，根据原子守恒可知，还生成水，故方程式为：N₂H₄+4CuO=N₂↑+2Cu₂O+2H₂O，故答案为：N₂H₄+4CuO=N₂↑+2Cu₂O+2H₂O；
②温度升高H₂O₂的分解速率加快，导致H₂O₂的浓度降低从而使铜的溶解速率慢，故答案为：温度升高H₂O₂的分解速率加快，导致H₂O₂的浓度降低从而使铜的溶解速率慢；
③H₂O₂在二氧化锰作催化剂分解生成氧气，反应不需要加热，D装置不能收集氧气，故选C装置，故答案为：C．

点评：本题考查元素及无机物的推断、原电池、氧化还原反应、影响化学反应速率的因素、化学实验等，难度中等，题目较为综合，是对学生综合能力的考查，推断元素是解题的关键．