Question

17．能源、材料已成為當今科學研究的熱點．請回答下列問題：
（1）單質(zhì)A的燃燒熱大，可作燃料．已知A為短周期元素，其氣態(tài)原子逐個失去1～4個電子所需能量（電離能）如表所示．若該原子核外電子有三層，則該元素位于周期表ⅡA族，寫出A燃燒后形成的氧化物的電子式：．

	I1	I2	I3	I4	…
電離能（kJ/mol）	738	1451	7733	10540	…

（2）如圖是超導材料元素在周期表中的分布，上述元素的短周期元素中原子半徑最大的是Al（填元素符號），其原子最外層有3種運動狀態(tài)不同的電子，寫出其最高價氧化物對應水化物在水溶液中的電離方程式：H⁺+AlO₂^-+H₂O?Al（OH）₃?Al³⁺+3OH^-．
（3）上述主族元素中有兩種原子可以形成的五核分子，其化學鍵鍵長和鍵角都相等，則該分子的空間構(gòu)型為正四面體，該物質(zhì)為非極性分子（選填“極性”或“非極性”）．
（4）鐵單質(zhì)在高溫下會與水蒸氣反應生成一種黑色固體和一種易燃性氣體，且每生成1mol該易燃氣體放出37.68kJ熱量，請寫出此反應的熱化學方程式：3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂ （g）△H=-150.72kJ/mol．
（5）取適量Al、Mg合金樣品置于燒杯中，加入20mL 1mol/L的NaOH溶液，恰好完全反應．下列敘述正確的是b（選填編號）．
a．Mg作負極，Al作正極
b．若加入的是20mL 1mol/L的鹽酸，則放出的氫氣的物質(zhì)的量減少$\frac{2}{3}$
c．若把NaOH中的H換成D（D為重氫），生成的氫氣中D與H物質(zhì)的量之比為1：2．

Answer 1

分析 （1）該元素第三電離能劇增，說明最外層電子數(shù)為2，且處于第三周期，故為Mg元素，在氧氣中燃燒生成MgO，由鎂離子與氧離子構(gòu)成；
（2）同周期自左而右原子半徑減小，一般電子層越多原子半徑越大，圖中的短周期元素中Al的原子半徑最大，原子核外沒有運動狀態(tài)相同的電子，氫氧化鋁在水溶液中存在酸式電離與堿式電離；
（3）上述主族元素中有兩種原子可以形成的五核分子，其化學鍵鍵長和鍵角都相等，該分子為SiH₄；
（4）鐵單質(zhì)在高溫下會與水蒸氣反應生成一種黑色固體和一種易燃性氣體，則反應生成Fe₃O₄、H₂，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（5）a．Al與氫氧化鈉溶液反應，而Mg不反應，故Al為負極；
b．NaOH物質(zhì)的量為0.02L×1mol/L=0.02mol，由2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑可知，Al為0.02mol，生成氫氣為0.03mol，若加入的是20mL 1mol/L的鹽酸，鎂、鋁都會和稀鹽酸反應，HCl為0.02mol，由2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑可知HCl不足，再計算生成氫氣物質(zhì)的量；
c．Al與堿溶液本質(zhì)是，Al先與水反應生成氫氧化鋁與氫氣，氫氧化鋁在與氫氧化鈉反應是偏鋁酸鈉與水，氫氧化鈉中氫元素被還原．

解答 解：（1）該元素第三電離能劇增，說明最外層電子數(shù)為2，處于ⅡA族，且處于第三周期，故為Mg元素，在氧氣中燃燒生成MgO，由鎂離子與氧離子構(gòu)成，電子式為：，
故答案為：ⅡA；；
（2）同周期自左而右原子半徑減小，一般電子層越多原子半徑越大，圖中的短周期元素中Al的原子半徑最大，原子核外沒有運動狀態(tài)相同的電子，最外層有3個電子，故有3種運動狀態(tài)不同的電子，氫氧化鋁在水溶液中存在酸式電離與堿式電離，電離方程式為：H⁺+AlO₂^-+H₂O?Al（OH）₃?Al³⁺+3OH^-，
故答案為：Al；3；H⁺+AlO₂^-+H₂O?Al（OH）₃?Al³⁺+3OH^-；
（3）上述主族元素中有兩種原子可以形成的五核分子，其化學鍵鍵長和鍵角都相等，該分子為SiH₄，為正四面體構(gòu)型，屬于非極性分子，
故答案為：正四面體；非極性；
（4）鐵單質(zhì)在高溫下會與水蒸氣反應生成一種黑色固體和一種易燃性氣體，則反應生成Fe₃O₄、H₂，發(fā)生反應：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ，生成4mol氫氣放出熱量為37.68kJ×4=150.72kJ，則熱化學方程式為：3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂ （g）△H=-150.72kJ/mol，
故答案為：3Fe（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+4H₂ （g）△H=-150.72kJ/mol；
（5）a．Al與氫氧化鈉溶液反應，而Mg不反應，故Al為負極，故a錯誤；
b．NaOH物質(zhì)的量為0.02L×1mol/L=0.02mol，由2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑可知，Al為0.02mol，生成氫氣為0.03mol，若加入的是20mL 1mol/L的鹽酸，鎂、鋁都會和稀鹽酸反應，HCl為0.02mol，由2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑可知HCl不足，根據(jù)H原子守恒得n（H₂）=$\frac{1}{2}$×n（HCl）=$\frac{1}{2}$×1mol/L×0.02L=0.01mol，所以放出的氫氣的物質(zhì)的量減少$\frac{2}{3}$，故b正確；
c．Al與堿溶液本質(zhì)是，Al先與水反應生成氫氧化鋁與氫氣，氫氧化鋁在與氫氧化鈉反應是偏鋁酸鈉與水，氫氧化鈉中氫元素被還原，故c錯誤，
故選：b．

點評 本題考查電離能、電子式、核外電子排布、熱化學方程式書寫、原電池、化學計算等，屬于拼合型題目，是對學生綜合能力的考查，注意理解掌握Al與強堿溶液反應本質(zhì)．