Question

3．A、B、C、D四種短周期元素的原子序數(shù)依次增大，B的核電荷數(shù)是A、D核電荷數(shù)之和的$\frac{2}{3}$；A能分別與B、C、D形成電子總數(shù)相等的分子X、Y、Z．回答下列問題：
（1）B、D兩元素的名稱分別是碳、氧．
（2）化合物B₂A₂的電子式為．
（3）Y與C的最高價氧化物的水化物剛好完全反應時，其生成物的水溶液呈酸性（填“酸”、“堿”或“中”），原因是：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用離子方程式表示）．
（4）在（3）所得生成物的水溶液中，存在如下關系，用離子濃度符號填寫：
①c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（NO₃^-）；
②c（H⁺）=c（OH^一）+c（NH₃•H₂O）．
（5）用X、D₂、NaOH溶液和惰性電極可設計一種燃料電池，該燃料電池的
負極反應為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
正極反應為：2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-．

Answer 1

分析 A、B、C、D四種短周期元素的原子序數(shù)依次增大，B的核電荷數(shù)是A、D核電荷數(shù)之和的$\frac{2}{3}$倍，結合原子序數(shù)可知，B處于第二周期，且處于偶數(shù)族，A能分別與B、C、D形成電子總數(shù)相等的分子X、Y、Z，考慮為氫化物，X為H元素，可推知B為C元素、C為N元素，D為O元素，X、Y、Z分別為CH₄、NH₃、H₂O，驗證符合題意，
（1）由上述分析可知，B為碳，D為氧，故答案為：碳；氧；
（2）化合物B₂A₂為C₂H₂，C原子之間形成三對共用電子對，C原子與H原子之間形成1對共用電子對；
（3）所得溶液為硝酸銨溶液，溶液中NH₄⁺水解，破壞水的電離平衡溶液呈酸性；
（4）①根據(jù)溶液中電荷守恒解答；
②溶液中氫離子來源于水的電離、NH₄⁺水解，根據(jù)質子恒等式解答；
（5）負極發(fā)生氧化反應，CH₄在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根、H₂O，正極發(fā)生還原反應氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子．

解答 解：A、B、C、D四種短周期元素的原子序數(shù)依次增大，B的核電荷數(shù)是A、D核電荷數(shù)之和的$\frac{2}{3}$倍，結合原子序數(shù)可知，B處于第二周期，且處于偶數(shù)族，A能分別與B、C、D形成電子總數(shù)相等的分子X、Y、Z，考慮為氫化物，X為H元素，可推知B為C元素、C為N元素，D為O元素，X、Y、Z分別為CH₄、NH₃、H₂O，驗證符合題意，則：
（1）由上述分析可知，B為碳，D為氧，故答案為：碳；氧；
（2）化合物B₂A₂為C₂H₂，C原子之間形成三對共用電子對，C原子與H原子之間形成1對共用電子對，其電子式為：，
故答案為：；
（3）Y與C的最高正價氧化物的水化物剛好完全反應時，所得溶液為硝酸銨溶液，溶液中NH₄⁺水解NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，破壞水的電離平衡溶液呈酸性，
故答案為：酸；NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（4）①根據(jù)溶液中電荷守恒解，可知c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（NO₃^-），
故答案為：c（NH₄⁺）；c（NO₃^-）；
②溶液中氫離子來源于水的電離、NH₄⁺水解，根據(jù)質子恒等式，可知c（H⁺）=c（OH^-）+c（NH₃•H₂O），
故答案為：c（NH₃•H₂O）；
（5）負極發(fā)生氧化反應，CH₄在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根、H₂O，負極電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，
正極發(fā)生還原反應氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子，正極電極反應式為；2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-．

點評 本題考查結構性質位置關系、鹽類水解、溶液離子濃度比較、熱化學方程式、原電池等，題目比較綜合，推斷元素是解題關鍵，本題難點是元素的推斷，需要學生熟練掌握基礎知識，難度中等．