Question

短周期主族元素A、B、C、D、E原子序數(shù)依次增大，A是周期表中原子半徑最小的元素，B是形成化合物種類最多的元素，C原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，D是同周期中金屬性最強的元素，E的負一價離子與C的某種氫化物分子含有相同的電子數(shù)．
（1）A、C、D形成的化合物中含有的化學鍵類型為

 

．
（2）已知：
①E-E→2E△H=+a kJ?mol^-1；
②2A→A-A△H=-b kJ?mol^-1；
③E+A→A-E△H=-c kJ?mol^-1；
寫出298K時，A₂與E₂反應(yīng)的熱化學方程式

 

．
（3）在某溫度下、容積均為2L的三個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容，使之發(fā)生反應(yīng)：2A₂（g）+BC（g）?X（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0，X為A、B、C三種元素組成的一種化合物）．初始投料與各容器達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

實驗	甲	乙	丙
初始投料	2molA2、1molBC	1molX	4molA2、2molBC
平衡時n（X）	0.5mol	n2	n3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
體系的壓強	P1	P2	P3
反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

①在該溫度下，假設(shè)甲容器從反應(yīng)開始到平衡所需時間為4min，則A₂的平均反應(yīng)速率v（A₂）=

 

．

②計算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
③三個容器中的反應(yīng)分別達平衡時各組數(shù)據(jù)關(guān)系正確的是

 

（填字母）．
A．α₁+α₂=1
B．Q₁+Q₂=a
C．α₃＜α₁
D．P₃＜2P₁=2P₂
E．n₂＜n₃＜1.0mol
F．Q₃=2Q₁
④在其他條件不變的情況下，將甲容器的體系體積壓縮到1L，若在第8min達到新的平衡時A₂的總轉(zhuǎn)化率為75%，請在圖1中畫出第5min到新平衡時X的物質(zhì)的量濃度的變化曲線．
（4）熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）是一種高溫燃料電池，被稱為第二代燃料電池．目前已接近商業(yè)化，示范電站規(guī)模已達2MW，從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，是未來民用發(fā)電的理想選擇方案之一．現(xiàn)以A₂（g）、BC（g）為燃料，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質(zhì)．寫出碳酸鹽燃料電池（MCFC）正極電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點：位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數(shù)的含義,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論,元素周期律與元素周期表專題

分析：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序數(shù)依次增大，A是周期表中原子半徑最小的元素，則A為H元素；B是形成化合物種類最多的元素，則B為C元素；C原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，C原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，故C為O元素；D是同周期中金屬性最強的元素，處于ⅠA，結(jié)合原子序數(shù)可知，D處于第三周期，故D為Na；E的負一價離子與C的某種氫化物分子含有相同的電子數(shù)，可推知E為Cl，據(jù)此解答．
（1）活潑金屬和活潑非金屬元素之間易形成離子鍵、非金屬元素之間易形成共價鍵；
（2）根據(jù)蓋斯定律計算；
（3）①根據(jù)v=

△n V

△t

計算；②根據(jù)平衡常數(shù)公式計算；③根據(jù)等效平衡分析；④根已知條件求出甲醇在5min和8min時的物質(zhì)的量濃度，然后再作圖即可；
（4）根據(jù)電極上得失電子書寫電極反應(yīng)式．

解答： 解：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序數(shù)依次增大，A是周期表中原子半徑最小的元素，則A為H元素；B是形成化合物種類最多的元素，則B為C元素；C原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍，C原子只能有2個電子層，最外層電子數(shù)為6，故C為O元素；D是同周期中金屬性最強的元素，處于ⅠA，結(jié)合原子序數(shù)可知，D處于第三周期，故D為Na；E的負一價離子與C的某種氫化物分子含有相同的電子數(shù)，可推知E為Cl，
（1）A、C、D形成的化合物是NaOH，NaOH中鈉離子和氫氧根離子之間存在離子鍵、H原子核O原子之間存在極性共價鍵，故答案為：離子鍵、極性鍵（或共價鍵）；
（2）①E-E→2E△H=+a kJ?mol^-1；
②2A→A-A△H=-b kJ?mol^-1；
③E+A→A-E△H=-c kJ?mol^-1；
將方程式①+②-2③得H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）kJ?mol^-1，
故答案為：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）kJ?mol^-1；
（3）①在該溫度下，假設(shè)甲容器從反應(yīng)開始到平衡所需時間為4min，生成0.5molX需要n（A₂）=2n（X）=1mol，則

1mol 2L

4min

=0.125mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.125mol?L^-1?min^-1；
②平衡時c（X）=

0.5mol

2L

=0.25mol/L，c（A₂）=

(2-0.5×2)mol

2L

=0.5mol/L，c（BC）=

(1-0.5)mol

2L

=0.25mol/L，則平衡常數(shù)K=

0.25mol/L

(0.5mol/L)2．(0.25mol/L)

=4 L²/mol²，故答案為：4 L²/mol²；
③甲容器反應(yīng)物投入2molH₂、1molCO與乙容器反應(yīng)物投入2mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是等效平衡，平衡時CH₃OH的物質(zhì)的量n₂=0.5mol、p₁=p₂、α₁+α₂=1、Q₁+Q₂能量總變化相當于2molH₂、1molCO完全轉(zhuǎn)化成2mol CH₃OH的能量，即吸放熱Q₁+Q₂數(shù)值上就等于akJ；甲容器反應(yīng)物投入量2molH₂、1molCO與丙容器反應(yīng)物投入量4molH₂、2molCO，若恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡，然而現(xiàn)在是溫度、容積相同的3個密閉容器，我們可以當成是在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，體積受到了壓縮，原反應(yīng)正向氣體體積減少，由平衡移動原理，則相較于甲容器（或假設(shè)狀況）而言，丙容器平衡向逆向移動，也就是說，丙容器的轉(zhuǎn)化率比甲容器還要低一些，因此α₁+α₂=1、Q₁+Q₂=a；α₃＞α₁；P₃＜2P₁=2P₂、n₃＜n₂＜1.0mol、Q₃＞2Q₁，故答案為：ABD；
④將甲容器的體系體積壓縮到1L，若在第8min 達到新的平衡時，
        2H₂（g）+CO（g）?CH₄O（g）
初始量：2        1        0
變化量：1.5      0.75      0.75
平衡量：0.5      0.25     0.75
所以達到平衡時，甲醇的物質(zhì)的量濃度是0.75mol/L，在第5min時，由于體積減半，所以甲醇的濃度應(yīng)該加倍，即為0.25mol/L×2=0.5mol/L，所以5-8min內(nèi)，甲醇的物質(zhì)的量濃度從0.5mol/L升高到0.75mol/L，如圖所示：
故答案為：；
（4）碳酸鹽燃料電池正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

點評：本題考查元素推斷、化學鍵、熱化學方程式的書寫、化學平衡常數(shù)計算、平衡移動原理的綜合應(yīng)用、圖象的分析和表達及新型電池的理解和應(yīng)用，難點是等效平衡的分析，題目難度較大．