Question

I．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相對位置如圖所示，其中Y所處的周期序數與族序數相等。按要求回答下列問題：

（1）寫出X的原子結構示意圖_______________。
（2）列舉一個事實說明W非金屬性強于Z: _______________(用化學方程式表示)。
（3）含Y的某種鹽常用作凈水劑，其凈水原理是__________(用離子方程式表示)。
II．運用所學化學原理，解決下列問題：
（4）已知：Si+2NaOH+H₂O＝Na₂SiO₃+2H₂。某同學利用單質硅和鐵為電極材料設計原電池(NaOH為電解質溶液)，該原電池負極的電極反應式為_________________。
（5）已知：①C(s)+ O₂(g)＝CO₂(g) H＝a kJ· mol^-1；②CO₂(g) +C(s)＝2CO(g) H＝b kJ· mol^-1；③Si(s)+ O₂(g)＝SiO₂(s) H＝c kJ· mol^-1。工業上生產粗硅的熱化學方程式為____________。
（6）已知：CO(g)+H₂O(g)H₂(g) + CO₂(g)。右表為該反應在不同溫度時的平衡常數。則：該反應的H________0(填“＜”或“＞”)；500℃時進行該反應，且CO和H₂O起始濃度相等，CO平衡轉化率為_________。

Answer 1

（1）（2分）（2）2HClO₄+Na₂SiO₃＝2NaClO₄+H₂SiO₃↓（3分）
（3）Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺（2分）（4）Si-4e^-+6OH^-＝SiO₃^2-+3H₂O（3分）
（5）2C(s)+SiO₂(s)＝Si(s)+2CO(g) △H=(a+b-c)kJ·mol^-1（3分） （6）＜（1分）   75％（3分）

試題分析：根據短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中相對位置可知，X位于第二周期，Y、Z、W位于第三周期。其中Y所處的周期序數與族序數相等，所以Y是第三周期第ⅢA族元素，即Y是鋁，則Z是Si，X是N，W是Cl。
（1）氮元素的原子序數是7，則氮元素的原子結構示意圖為。
（2）判斷非金屬性強弱的一般規律是：①由元素原子的氧化性判斷：一般情況下，氧化性越強，對應非金屬性越強。②由單質和酸或者和水的反應程度判斷：反應越劇烈，非金屬性越強。③由對應氫化物的穩定性判斷：氫化物越穩定，非金屬性越強。④由和氫氣化合的難易程度判斷：化合越容易，非金屬性越強。⑤由最高價氧化物對應水化物的酸性來判斷：酸性越強，非金屬越強。（除氟元素之外）。⑥由對應陰離子的還原性判斷：還原性越強，對應非金屬性越弱。⑦由置換反應判斷：強置弱。〔若依據置換反應來說明元素的非金屬性強弱，則非金屬單質應做氧化劑，非金屬單質做還原劑的置換反應不能作為比較非金屬性強弱的依據〕。⑧按元素周期律，同周期元素由左到右，隨核電荷數的增加，非金屬性增強；同主族元素由上到下，隨核電荷數的增加，非金屬性減弱。⑨非金屬單質與具有可變價金屬的反應。能生成高價金屬化合物的，其非金屬性強。因此可以根據高氯酸能制備硅酸來驗證W非金屬性強于Z，反應的化學方程式為2HClO₄+Na₂SiO₃＝2NaClO₄+H₂SiO₃↓。
（3）明礬溶于水電離出的鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體，膠體具有吸附性，因此明礬可以作凈水劑，反應的離子方程式為Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺。
（4）原電池中負極失去電子，發生氧化反應。所以根據反應式Si+2NaOH+H₂O＝Na₂SiO₃+2H₂可知，如果利用單質硅和鐵為電極材料設計原電池(NaOH為電解質溶液)，則硅是負極，因此該原電池負極的電極反應式為Si-4e^-+6OH^-＝SiO₃^2-+3H₂O。
（5）已知：①C(s)+ O₂(g)＝CO₂(g) △H＝a kJ· mol^-1；②CO₂(g) +C(s)＝2CO(g) △H＝b kJ· mol^-1；③Si(s)+ O₂(g)＝SiO₂(s) △H＝c kJ· mol^-1，則根據蓋斯定律可知①+②-③即得到工業上生產粗硅的熱化學方程式，即為2C(s)+SiO₂(s)＝Si(s)+2CO(g) △H＝(a+b-c)kJ·mol^-1。
（6）根據表中數據可知，隨著溫度的升高，平衡常數逐漸減小。這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，即△H＜0；設CO和H₂O起始濃度分別為a，則
CO(g)+H₂O(g)H₂(g) + CO₂(g)
起始濃度    a      a          0        0
轉化濃度    b      b          b        b
平衡濃度  a－b    a－b        b        b
所以根據平衡常數表達式可知＝9
解得b＝a
所以CO平衡轉化率為×100%＝75%