Question

15．U、W、X、Y、Z都是短周期元素，且原子序數(shù)依次增大．其中U與W可形成三角錐形分子A，U與X可形成常溫下呈液態(tài)的分子B，A、B均為10電子分子；X能與W形成兩種常見的離子化合物甲、乙，其化學(xué)式中原子個數(shù)甲多于乙，Y元素原子的K層電子數(shù)與M層電子數(shù)相同；Z元素是地殼中含量最多的金屬．請回答下列問題：
（1）Z元素在周期表中的位置第三周期ⅢA族．U、W、X、Y、Z四種元素的原子半徑由小到大的順序是O＜N＜Al＜Mg＜Na（用元素符號表示）．
（2）U與W形成的18電子化合物的電子式是．實驗室制取并檢驗氣體A的方法是2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，將濕潤的紅色石蕊試紙靠近氣體，若試紙變藍(lán)，則是氨氣．
（3）A與W的最高價氧化物的水化物反應(yīng)所得產(chǎn)物的水溶液呈酸性（填“酸”、“堿”或“中”），用離子方程式說明其原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，導(dǎo)致氫離子濃度大于氫氧根離子的濃度，所以溶液呈酸性．
（4）將26.4g甲與Z單質(zhì)的混合物投入過量的B中，固體完全溶解，所得溶液中僅有一種溶質(zhì)，寫出其化學(xué)式NaAlO₂，在整個過程中產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為15.68L．
（5）若將Y單質(zhì)與過量二氧化碳完全反應(yīng)生成的全部固體與足量的熱濃硝酸混合，充分反應(yīng)后，產(chǎn)物中二氧化碳和二氧化氮共aL（標(biāo)準(zhǔn)狀況，不考慮NO₂部分轉(zhuǎn)化成N₂O₄），則Y單質(zhì)的質(zhì)量是$\frac{3a}{7}$g（用含a的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 U、W、X、Y、Z都是短周期元素，且原子序數(shù)依次增大．其中U與W可形成三角錐形分子A，則U為H，W為N，A為NH₃，U與X可形成常溫下呈液態(tài)的分子B，A、B均為10電子分子，則X為O，B為H₂O；X能與W形成兩種常見的離子化合物甲、乙，其化學(xué)式中原子個數(shù)甲多于乙，所以W是Na，其中甲是過氧化鈉，乙是氧化鈉；Y元素原子的K層電子數(shù)與M層電子數(shù)相同，則Y為Mg；Z元素是地殼中含量最多的金屬，則Z為Al，然后利用元素及其單質(zhì)、化合物的性質(zhì)來解答．

解答 解：U、W、X、Y、Z都是短周期元素，且原子序數(shù)依次增大．其中U與W可形成三角錐形分子A，則U為H，W為N，A為NH₃，U與X可形成常溫下呈液態(tài)的分子B，A、B均為10電子分子，則X為O，B為H₂O；X能與W形成兩種常見的離子化合物甲、乙，其化學(xué)式中原子個數(shù)甲多于乙，所以W是Na，其中甲是過氧化鈉，乙是氧化鈉；Y元素原子的K層電子數(shù)與M層電子數(shù)相同，則Y為Mg；Z元素是地殼中含量最多的金屬，則Z為Al，
（1）鋁的質(zhì)子數(shù)為13，位于第三周期ⅢA族，原子的電子層數(shù)越多，半徑越大，同周期元素從左向右原子半徑在減小，則原子半徑為O＜N＜Al＜Mg＜Na，
故答案為：第三周期ⅢA族；O＜N＜Al＜Mg＜Na；
（2）U與X形成的18電子化合物為H₂O₂，其電子式為，實驗室用氯化銨和堿石灰反應(yīng)制取氨氣，即堿與鹽反應(yīng)生成新堿和新鹽，化學(xué)方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，檢驗氨氣，可以利用氨氣的水溶液顯堿性，即用“使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)”；也可以用氨氣遇濃鹽酸產(chǎn)生白煙，即“用蘸有濃鹽酸的玻璃棒放在瓶口，產(chǎn)生白煙”，
故答案為：；2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，將濕潤的紅色石蕊試紙靠近氣體，若試紙變藍(lán)，則是氨氣；
（3）A與W的最高價氧化物的水化物是硝酸，反應(yīng)所得硝酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，水解溶液呈酸性，水解反應(yīng)方程式為NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，故答案為：酸；NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，導(dǎo)致氫離子濃度大于氫氧根離子的濃度，所以溶液呈酸性；
（4）26.4g的過氧化鈉與鋁和水發(fā)生2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑反應(yīng)，因為所得溶液中僅有一種溶質(zhì)，所以溶質(zhì)為偏鋁酸鈉，則n（Na₂O₂）：n（Al）=1：2，設(shè)過氧化鈉的物質(zhì)的量為xmol，則鋁的物質(zhì)的量為2xmol，所以78x+54x=26.4g，則x=0.2mol；所以生成氧氣的物質(zhì)的量為0.1mol，鋁與堿反應(yīng)生成氫氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.2×2×3}{2}$=0.6mol，所以生成氣體的總物質(zhì)的量為：0.7mol，體積為：0.7mol×22.4L/mol=15.68L，故答案為：NaAlO₂；15.68L；
（5）Mg與二氧化碳的反應(yīng)為2Mg+CO₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO+C，C與濃硝酸反應(yīng)生成二氧化碳和二氧化氮，設(shè)二氧化碳的物質(zhì)的量x，由電子守恒可知，x×4=（$\frac{aL}{22.4L/mol}$-x）×1，解得x=$\frac{a}{22.4×5}$mol，
再由2Mg+CO₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO+C可知，Mg的物質(zhì)的量為$\frac{a}{22.4×5}$mol×2=$\frac{2a}{22.4×5}$mol，
則Mg的質(zhì)量為$\frac{2a}{22.4×5}$mol×24g/mol=$\frac{3a}{7}$，故答案為：$\frac{3a}{7}$．

點評 本題考查原子結(jié)構(gòu)與元素周期律，元素的推斷是解答本題的關(guān)鍵，應(yīng)熟悉分子的構(gòu)型、10電子微粒及氧化還原反應(yīng)來解答，難度不大．