Question

12．已知X、Y、Z、W四种短周期元素的原子序数依次增大，Y的核电荷数是X、W核电荷数之和的2/3；X能分别与Y、Z、W形成常见的电子总数相等的分子甲、乙、丙．请回答：
（1）丙常温下不是气体，主要原因是水分子之间存在氢键．
（2）化合物Y₂X₂的电子式为．
（3）乙与Z的最高正价氧化物的水化物刚好完全反应时，其生成物的水溶液呈酸性，其原因是（用离子方程式表示）NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，其中，粒子浓度存在着如下关系：
c（H⁺）=c（OH^-）+c（NH₃•H₂O）．
（4）用甲、NaOH溶液和惰性电极，可设计为一种燃料电池．则该燃料电池的
负极反应为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
正极反应为2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W四种短周期元素的原子序数依次增大，Y的核电荷数是X、Z核电荷数之和的$\frac{2}{3}$倍，结合原子序数可知，Y处于第二周期，且处于偶数族，X能分别与Y、Z、W形成电子总数相等的分子甲、乙、丙，考虑为氢化物，X为H元素，可推知Y为C元素、Z为N元素，W为O元素，甲、乙、丙分别为CH₄、NH₃、H₂O，验证符合题意．
（1）水分子之间存在氢键，常温下为液态；
（2）化合物Y₂X₂为C₂H₂，C原子之间形成三对共用电子对，C原子与H原子之间形成1对共用电子对；
（3）所得溶液为硝酸铵溶液，溶液中NH₄⁺水解，破坏水的电离平衡溶液呈酸性；
液中氢离子来源于水的电离、NH₄⁺水解，根据质子恒等式解答；
（4）负极发生氧化反应，CH₄在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根、H₂O，正极发生还原反应氧气在正极获得电子，碱性条件下生成氢氧根离子．

解答 解：X、Y、Z、W四种短周期元素的原子序数依次增大，Y的核电荷数是X、Z核电荷数之和的$\frac{2}{3}$倍，结合原子序数可知，Y处于第二周期，且处于偶数族，X能分别与Y、Z、W形成电子总数相等的分子甲、乙、丙，考虑为氢化物，X为H元素，可推知Y为C元素、Z为N元素，W为O元素，甲、乙、丙分别为CH₄、NH₃、H₂O，验证符合题意．
（1）水分子之间存在氢键，常温为液态，
故答案为：水分子之间存在氢键；
（2）化合物Y₂X₂为C₂H₂，C原子之间形成三对共用电子对，C原子与H原子之间形成1对共用电子对，其电子式为：，
故答案为：；
（3）乙为氨气，Z的最高正价氧化物的水化物为硝酸，二者刚好完全反应所得溶液为硝酸铵溶液，溶液中NH₄⁺水解NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，破坏水的电离平衡溶液呈酸性；
溶液中氢离子来源于水的电离、NH₄⁺水解，根据质子恒等式，可知c（H⁺）=c（OH^-）+c（NH₃•H₂O），
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；c（NH₃•H₂O）；
（4）负极发生氧化反应，CH₄在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根、H₂O，负极电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
正极发生还原反应氧气在正极获得电子，碱性条件下生成氢氧根离子，正极电极反应式为；2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-．

点评 本题考查元素化合物推断、盐类水解、溶液离子浓度比较、原电池等，题目比较综合，推断元素是解题关键，本题难点是元素的推断，需要学生熟练掌握基础知识，难度中等．