Question

短周期主族元素A、B、C、D、E原子序數(shù)依次增大，A為周期表中半徑最小的元素，B原子的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍，D、E同主族，E的原子序數(shù)是D的2倍．
請回答下列問題：
（1）A、C元素可以形成多種化合物，其中甲是火箭推進劑中常用的液態(tài)燃料，甲中A、C元素的質(zhì)量比為1：7，則甲的電子式為

 

．已知25℃，0.4mol液態(tài)甲和O₂完全反應（產(chǎn)物對環(huán)境無污染）放出248.8kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式

 

．
（2）在直接以液態(tài)甲為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，負極的反應式為

 

，理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol液態(tài)甲所能產(chǎn)生的最大電能為528.7kJ，則該燃料電池的理論效率為

 

（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比）．
（3）A、B、D元素可以形成化合物乙，其化學式為A₂B₂D₄，0.2mol/L的乙溶液和0.2mol/L的NaOH溶液等體積混合，所得溶液顯酸性，則該溶液中各離子濃度由大到小排列的順序為

 

．
（4）將8mL 0.1mol/L的酸性高錳酸鉀溶液和2mL 1.0mol/L的乙溶液在試管中混合，將試管置于25℃水中（如甲圖所示）．KMnO₄濃度隨時間變化關(guān)系如乙圖所示．

1寫出發(fā)生反應的離子方程式

 

．
②計算前40秒用乙表示的平均反應速率，v（乙）

 

．
③40s～65s的反應速率比前40s快，解釋可能的原因

 

．

Answer 1

考點：位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應用

專題：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為周期表中半徑最小的元素，則A為氫元素，D、E同主族，E的原子序數(shù)是D的2倍，則D為氧元素，E為硫元素，B原子的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍，則B為碳元素，所以C為氮元素，據(jù)此答題．

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為周期表中半徑最小的元素，則A為氫元素，D、E同主族，E的原子序數(shù)是D的2倍，則D為氧元素，E為硫元素，B原子的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍，則B為碳元素，所以C為氮元素，
（1）H、N元素可以形成多種化合物，其中甲是火箭推進劑中常用的液態(tài)燃料，甲中H、N元素的質(zhì)量比為1：7，則H、N的原子個數(shù)比為

1

1

：

7

14

=2：1，所以甲的分子式為N₂H₄，所以甲的電子式為，已知25℃，0.4mol液態(tài)甲和O₂完全反應（產(chǎn)物對環(huán)境無污染）放出248.8kJ的熱量，則1molN₂H₄和O₂完全反應放出622kJ的熱量，所以該反應的熱化學方程式N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ?mol^-1，
故答案為：；N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ?mol^-1；
（2）在直接以液態(tài)N₂H₄為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，負極是N₂H₄發(fā)生氧化反應，生成氮氣，電極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol液態(tài)甲所能產(chǎn)生的最大電能為528.7kJ，而根據(jù)熱化學方程式N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-622kJ?mol^-1，可知，1molN₂H₄和O₂完全反應放出622kJ的熱量，所以該燃料電池的理論效率為

528.7

622

×100%=85%，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；85%；
（3）A、B、D元素可以形成化合物乙，其化學式為H₂C₂O₄，0.2mol/L的乙溶液和0.2mol/L的NaOH溶液等體積混合，所得NaHC₂O₄溶液，溶液顯酸性，說明HC₂O₄^-的電離大于水解，所以該溶液中各離子濃度由大到小排列的順序為Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-，
故答案為：Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^2-＞OH^-；
（4）①將8mL 0.1mol/L的酸性高錳酸鉀溶液和2mL 1.0mol/L的H₂C₂O₄溶液在試管中混合，發(fā)生反應的離子方程式為6 H⁺+2MnO₄^-+5H₂C₂O₄═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案為：6 H⁺+2MnO₄^-+5H₂C₂O₄═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
②根據(jù)圖乙可知，在前40s，MnO₄^-的濃度變化為1.6×10^-2mol/L，根據(jù)①中的離子反應方程式可知，此時H₂C₂O₄的濃度變化為2.5×1.6×10^-2mol/L=4.0××10^-2mol/L，再根據(jù)v=

△c

t

可求得前40秒用H₂C₂O₄表示的平均反應速率v（H₂C₂O₄）=

4×10-2

40

mol/（L?s）=1×10^-3mol/（L?s），
故答案為：1×10^-3mol/（L?s）；
③40s～65s的反應速率比前40s快，可能的原因為Mn²⁺是此反應的催化劑，隨著反應的進行，開始生成Mn²⁺，且濃度越來越大，所以反應速率迅速加快，
故答案為：Mn²⁺是此反應的催化劑，隨著反應的進行，開始生成Mn²⁺，且濃度越來越大，所以反應速率迅速加快．

點評：本題主要考查了電子式、熱化學方程式、原電池電極反應式、離子濃度大小比較、氧化還原反應的離子方程式、反應速率的計算、影響反應速率的因素等知識，內(nèi)容較多，綜合性大，有一定的難度，元素推斷是解題的前提，答題時注意化學原理知識的綜合應用．