Question

3．A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大，B的核电荷数是A、D核电荷数之和的$\frac{2}{3}$；A能分别与B、C、D形成电子总数相等的分子X、Y、Z．回答下列问题：
（1）B、D两元素的名称分别是碳、氧．
（2）化合物B₂A₂的电子式为．
（3）Y与C的最高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（填“酸”、“碱”或“中”），原因是：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用离子方程式表示）．
（4）在（3）所得生成物的水溶液中，存在如下关系，用离子浓度符号填写：
①c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（NO₃^-）；
②c（H⁺）=c（OH^一）+c（NH₃•H₂O）．
（5）用X、D₂、NaOH溶液和惰性电极可设计一种燃料电池，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 A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大，B的核电荷数是A、D核电荷数之和的$\frac{2}{3}$倍，结合原子序数可知，B处于第二周期，且处于偶数族，A能分别与B、C、D形成电子总数相等的分子X、Y、Z，考虑为氢化物，X为H元素，可推知B为C元素、C为N元素，D为O元素，X、Y、Z分别为CH₄、NH₃、H₂O，验证符合题意，
（1）由上述分析可知，B为碳，D为氧，故答案为：碳；氧；
（2）化合物B₂A₂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；
（4）①根据溶液中电荷守恒解答；
②溶液中氢离子来源于水的电离、NH₄⁺水解，根据质子恒等式解答；
（5）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：A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大，B的核电荷数是A、D核电荷数之和的$\frac{2}{3}$倍，结合原子序数可知，B处于第二周期，且处于偶数族，A能分别与B、C、D形成电子总数相等的分子X、Y、Z，考虑为氢化物，X为H元素，可推知B为C元素、C为N元素，D为O元素，X、Y、Z分别为CH₄、NH₃、H₂O，验证符合题意，则：
（1）由上述分析可知，B为碳，D为氧，故答案为：碳；氧；
（2）化合物B₂A₂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）Y与C的最高正价氧化物的水化物刚好完全反应时，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，
故答案为：酸；NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（4）①根据溶液中电荷守恒解，可知c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（NO₃^-），
故答案为：c（NH₄⁺）；c（NO₃^-）；
②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：c（NH₃•H₂O）；
（5）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 本题考查结构性质位置关系、盐类水解、溶液离子浓度比较、热化学方程式、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．