Question

I．A～J分别表示中学化学中常见的一种物质，它们之间相互关系如图1所示（部分反应物、生成物没有列出），且已知G为主族元素的固态氧化物，A、B、C、D、E、F六种物质中均含同一种元素．请填写下列空白：

（1）A、B、C、D、E、F六种物质中含有的同一种元素在周期表中位置______，
（2）写出反应④的离子方程式______．
（3）若向气体K的水溶液中加入盐酸，使其恰好完全反应，所得溶液的pH______7（填“＞”、“＜”或“=”），用离子方程式表示其原因：______．
II．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用．阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用．某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图2所示．
（1）电解池阳极的电极反应分别是①______； ②4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．
（2）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．已知负极的电极反应是：CH₄+4-8e^-=5CO₂+2H₂O
①正极的电极反应是______．
②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环．则A物质的化学式是______．
（3）实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH₄（标准状况）______ L．

Answer 1

解：I．G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al₂O₃，与NaOH反应生成NaAlO₂，而I也能与NaOH反应生成NaAlO₂，则I为Al，H为O₂，C和碱反应生成E、F，D和气体K反应也生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH）₂→Fe（OH）₃的转化，所以E为Fe（OH）₂，F为Fe（OH）₃，则C为FeCl₂，D为FeCl₃，K为NH₃，B为Fe₃O₄，与Al在高温条件下发生铝热反应生成A，即Fe，则各物质分别为：A、Fe；B、Fe₃O₄；C、FeCl₂；D、FeCl₃；E、Fe（OH）₂；F、Fe（OH）₃；G、Al₂O₃；H、O₂；I、Al；K、NH₃；
（1）A、B、C、D、E、F六种物质中的含有同一种元素铁元素，在周期表中位置，位于周期表第4周期、第Ⅷ族，
故答案为：第4周期、第Ⅷ族；
（2）反应④是金属铝和氢氧化钠溶液的反应，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO₂和H₂，
反应的离子方程式为2Al+2OH_-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH_-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）气体K的水溶液为一水合氨溶液，加入盐酸，使其恰好完全反应生成氯化铵和水，氯化铵在水溶液中水解显酸性，所以PH＜7；反应的离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；
故答案为：＜； NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；
II．（1））活泼金属电极做电解池的阳极，通甲烷的一端是原电池的正极，连接的铁做电解池的阳极，所以铁电极本身放电；，电极反应为：Fe-2e^-=Fe²⁺；故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（2）①燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-），故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；
②电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO₂），故答案为：CO₂；
（3）阴极的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极产生了44.8L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，当转移0.1mol电子时，消耗CH₄（标准状况）的体积V=nVm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：11.2．
分析：G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al₂O₃，与NaOH反应生成NaAlO₂，而I也能与NaOH反应生成NaAlO₂，则I为Al，H为O₂，C和碱、D和气体K反应生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH）₂→Fe（OH）₃的转化，所以E为Fe（OH）₂，F为Fe（OH）₃，则C为FeCl₂，D为FeCl₃，K为NH₃，B为Fe₃O₄，与Al在高温条件下发生铝热反应生成A，即Fe，结合对应单质、化合物的性质解答该题．
点评：本题考查无机物的推断，题目难度较大，本题注意本题推断的关键点：①G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al₂O₃，②C、D分别和碱、气体K反应生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH）₂→Fe（OH）₃的转化．