Question

原子序數(shù)依次增大的四種短周期元素X、Y、Z、W，其相關(guān)信息如下表：

元素	相關(guān)信息
X	X的一種同素異形體是一種最軟的礦物，常用于制造電極
Y	Y的氫化物常溫下呈氣態(tài)，其水溶液能使酚酞試液變紅
Z	Z的最高價(jià)氧化物的水化物，在熔化狀態(tài)下電離出離子數(shù)和電荷數(shù)均相等的陰陽(yáng)離子
W	W的基態(tài)原子的每個(gè)原子軌道均有電子填充，但只有一個(gè)未成對(duì)電子

（1）W位于元素周期表第

 

周期第

 

族，能說(shuō)明X、Y非金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)是

 

（任寫(xiě)一點(diǎn)）．
（2）X、Y形成的氣態(tài)氫化物中，易溶于水的是

 

（用化學(xué)式表示，下同）．Y和Z的氫化物熔點(diǎn)較高的是

 

．
（3）層狀晶體g-X₃Y₄（用X₃Y₄表示），滲有少量金屬或非金屬后，常用于光催化分解水．水熱法合成g-X₃Y₄是將W₃X₃Y₃和ZY₃在惰性氣體中，在180℃反應(yīng)12小時(shí)，再經(jīng)洗滌除去食鹽而制得．其化學(xué)方程式：

 

．
（4）g-X₃Y₄做催化劑，完全光分解水過(guò)程的基本原理，如圖所示：
陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程為：
g-X₃Y₄+2hv→g-X₃Y₄+2h⁺+2e
2H₂O+2h⁺→2H₂O⁺→2?OH+2H⁺
2?OH→H₂O+

1

2O2

式中hv 表示光子，h⁺表示電子激發(fā)遷移后的空穴，有強(qiáng)氧化性；?OH表示羥基自由基．請(qǐng)寫(xiě)出陰極反應(yīng)式：

 

；整個(gè)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化形式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用

專題：元素周期律與元素周期表專題

分析：X的一種同素異形體是一種最軟的礦物，常用于制造電極，且X為短周期元素，則X為C元素；
Y的氫化物常溫下呈氣態(tài)，其水溶液能使酚酞試液變紅，Y的氫化物的水溶液呈堿性，則Y為N元素；
Z的最高價(jià)氧化物的水化物，在熔化狀態(tài)下電離出離子數(shù)和電荷數(shù)均相等的陰陽(yáng)離子，且Z為短周期元素，其原子序數(shù)大于Y，則Z為Na元素；
W的基態(tài)原子的每個(gè)原子軌道均有電子填充，但只有一個(gè)未成對(duì)電子，且W原子序數(shù)大于Z，為短周期元素，則W為Cl元素，再結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)分析解答．

解答： 解：X的一種同素異形體是一種最軟的礦物，常用于制造電極，且X為短周期元素，則X為C元素；
Y的氫化物常溫下呈氣態(tài)，其水溶液能使酚酞試液變紅，Y的氫化物的水溶液呈堿性，則Y為N元素；
Z的最高價(jià)氧化物的水化物，在熔化狀態(tài)下電離出離子數(shù)和電荷數(shù)均相等的陰陽(yáng)離子，且Z為短周期元素，其原子序數(shù)大于Y，則Z為Na元素；
W的基態(tài)原子的每個(gè)原子軌道均有電子填充，但只有一個(gè)未成對(duì)電子，且W原子序數(shù)大于Z，為短周期元素，則W為Cl元素，
（1）W為Cl元素，其原子核外有3個(gè)電子層、最外層有7個(gè)電子，則W位于第三周期第VIIA族，元素的非金屬性越強(qiáng)，其最高價(jià)氧化物的水化物酸性越強(qiáng)，酸性：硝酸＞碳酸，所以非金屬性N＞C，
故答案為：三；ⅦA；硝酸比碳酸強(qiáng)；
（2）X是C元素、Y是N元素，X、Y形成的氣態(tài)氫化物中，易溶于水的是NH₃，因?yàn)榘睔夂退�都是極性分子，根據(jù)相似相溶原理、氨氣和水分子之間易形成氫鍵知，氨氣極易溶于水；Y的氫化物是氨氣、Z的氫化物是NaH，氨氣屬于分子晶體、NaH屬于離子晶體，離子晶體熔點(diǎn)高于分子晶體，所以Y和Z的氫化物熔點(diǎn)較高的是NaH，故答案為：NH₃；NaH；
（3）水熱法合成g-C₃N₄是將Cl₃C₃N₃和NaN₃在惰性氣體中，在180℃反應(yīng)12小時(shí)，再經(jīng)洗滌除去食鹽而制得，同時(shí)該反應(yīng)還生成氮?dú)猓瑒t反應(yīng)方程式為3NaN₃+Cl₃C₃N₃

180℃      .

惰性氣體

C₃N₄+3NaCl+4N₂↑，故答案為：3NaN₃+Cl₃C₃N₃

180℃      .

惰性氣體

C₃N₄+3NaCl+4N₂↑；
（4）光催化分解水是半導(dǎo)體材料C₃N₄在特定波長(zhǎng)的光照下，電子激發(fā)形成空穴，電子轉(zhuǎn)入導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶和禁帶形成帶隙，帶隙比分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣的電位差要大很多，能實(shí)現(xiàn)電解水．導(dǎo)帶中電子遷移到（通常是Pt等）表面，發(fā)生反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑；空穴遷移到禁帶半導(dǎo)體表面，發(fā)生反應(yīng)過(guò)程如題給所示，完成電解水的過(guò)程；電解質(zhì)通常選用全氟磺酸膜作為質(zhì)子交換介質(zhì)，也可以用玻璃纖維強(qiáng)化的磷酸碳纖維介質(zhì)．由于禁帶的電位高，可以利用其氧化廢水中還原性成分，降低污水COD等用途．由于過(guò)程中是利用光電池電解水，故而能量轉(zhuǎn)化形式為：光能→電能→化學(xué)能，考慮到學(xué)生實(shí)際，所以答案可以簡(jiǎn)化為：光能→化學(xué)能，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；光能→（電能→）化學(xué)能．

點(diǎn)評(píng)：以物質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，考查原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)，元素周期表和元素周期律，化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，不同形式能量間的相互轉(zhuǎn)化，理解電化學(xué)反應(yīng)原理，難點(diǎn)是（4）題．