Question

4．已知W、X、Y、Z四种元素位于元素周期表的前四周期．W元素原子的最外层电子数是次外层电子数的两倍还多1；Y单质在通常状况下是黄绿色气体；Z元素在地壳中的含量居金属的第二位；X元素的氧化物熔点很高，其单质的还原能力较强，工业上可用于冶炼Z单质等高熔点的金属．
根据上述条件回答下列问题：
（1）W元素在元素周期表中的位置为第二周期ⅤA族；Z元素基态原子的外围电子排布式是3d⁶4s²．
（2）比较大小：
①酸性：W元素最高价含氧酸＜Y元素最高价含氧酸（填“＞”或“＜”，下同）．
②原子半径：X原子＞Y原子．
③第一电离能：W元素＞氧元素．
（3）写出Z单质在高温条件下与水蒸气反应的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目．
（4）已知在25℃，101kPa条件下，X元素的单质可与Z的红棕色氧化物反应，已知反应过程中每转移1mol电子放出$\frac{a}{3}$kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-2aKJ•mol^-1．

Answer 1

分析 W元素原子的最外层电子数是次外层电子数的两倍还多1，则W是7号元素氮，Y单质在通常状况下是黄绿色气体是氯气，Z元素在地壳中的含量居金属的第二位是铁，X元素的氧化物熔点很高，其单质的还原能力较强，工业上可用于冶炼Z单质等高熔点的金属，所以X是铝，由此分析解答．

解答 解：W元素原子的最外层电子数是次外层电子数的两倍还多1，则W是7号元素氮，Y单质在通常状况下是黄绿色气体是氯气，Z元素在地壳中的含量居金属的第二位是铁，X元素的氧化物熔点很高，其单质的还原能力较强，工业上可用于冶炼Z单质等高熔点的金属，所以X是铝，
（1）氮元素在元素周期表中的位置为第二周期ⅤA族；铁元素基态原子的外围电子排布式是3d⁶4s²，故答案为：第二周期ⅤA族；3d⁶4s²；
（2）①元素的非金属性越强最高价氧化物对应的水化物酸性越强，W元素最高价含氧酸是硝酸，Y元素最高价含氧酸是高氯酸，而高氯酸是所有含氧酸中酸最强的酸，所以硝酸的酸性比高氯酸的酸性弱，故答案为：＜；
②微粒半径的比较，先比较电子层，电子层数越多半径越大，电子层相同再比较核电荷数，核电荷数越多半径越小，所以氯和铝电子层数相同，核电荷数氯大于 铝，所以铝的原子大于氯的原子，故答案为：＞；
③同周期第ⅤA族元素的第一电离能比相邻两元素的第一电离能都要大，所以氮的第一电离能大于氧的第一电离能，故答案为：＞；
（3）Fe在高温下和水蒸气反应生成Fe₃O₄和H₂，反应中铁元素化合价由0价升高为$\frac{8}{3}$价，化合价变化3×$\frac{8}{3}$=8，所以电子转移总数为8，标出电子转移方向和总数的化学方程式为：，故答案为：；
（4）铝元素的单质可与铁的红棕色氧化物是氧化铁反应，反应过程中每转移1mol电子放出$\frac{a}{3}$kJ的热量，则6mol电子转移放出的热量为：2aKJ，所以热化学方程式为：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-2aKJ•mol^-1，故答案为：2Al（s）+Fe₂O₃（s）=2Fe（s）+Al₂O₃（s）△H=-2aKJ•mol^-1．

点评 本题考查结构性质位置关系应用，涉及核外围电子排布、热化学反应方程式的书写、酸性强弱、电离能和原子半径大小的比较等，推断元素是解题关键，难度中等．