Question

有X、Y、Z、W四種短周期元素，原子序數依次增大．X的陽離子就是一個質子．Z、W在周期表中處于相鄰位置，它們的單質在通常狀況下均為無色氣體．Y原子的最外層電子數是次外層電子數的2倍．請回答：
（1）Z₂的電子式為

，Y的原子結構示意圖為

，YW₂的結構式為

O=C=O

．

（2）將YX₄、W₂按上圖所示通入某燃料電池中，則兩極的電極方程式分別為：
a電極：

CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O

，b電極：

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

．若有16gW₂參加反應，轉移的電子數是

2N_A或1.204×10²⁴

．
（3）已知在120℃、101kPa下，0.5mol X₂在W₂中完全燃燒時，釋放出120.9kJ的熱量，該反應的熱化學方程式為

H₂（g）+1/2 O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ?mol^-1

．
（4）Y和Z結合可生成一種超硬物質，本身耐磨損，抗腐蝕，則該物質屬于

原子

晶體，該晶體中各粒子均滿足8電子穩定結構，則化學式為

C₃N₄

．

Answer 1

分析：X的陽離子就是一個質子，則X為H元素，Z、W在周期表中處于相鄰位置，它們的單質在通常狀況下均為無色氣體，只有Z為N元素，W為O元素符合，Y原子的最外層電子數是次外層電子數的2倍，則Y為C元素，
（1）根據分子的組成和原子的結構特點書寫電子式、原子結構示意圖以及判斷分子結構式；
（2）甲烷燃料電池中，甲烷為負極，發生反應為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，氧氣為正極，電極反應為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，根據化合價計算轉移的電子數目；
（3）根據反應熱書寫熱化學方程式；
（4）根據晶體的性質判斷晶體類型，根據結構特點判斷可能的化學式．

解答：解：X的陽離子就是一個質子，則X為H元素，Z、W在周期表中處于相鄰位置，它們的單質在通常狀況下均為無色氣體，只有Z為N元素，W為O元素符合，Y原子的最外層電子數是次外層電子數的2倍，則Y為C元素，
（1）Z為N元素，單質為N₂，為非金屬單質，N原子之間有3個共用電子對，電子式為，Y為C元素，原子核外有2個電子層，最外層電子數為4，原子結構示意圖為，CO₂為直線形分子，結構式為O=C=O，
故答案為：；；O=C=O；
（2）甲烷燃料電池中，甲烷為負極，發生反應為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
氧氣為正極，電極反應為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，16gO₂的物質的量為

16g

32g/mol

=0.5mol，反應中O元素的化合價有0價降低到-2價，則轉移的電子數為0.5×4N_A=2N_A，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；2N_A或1.204×10²⁴；
（3）已知在120℃、101kPa下，0.5mol X₂在W₂中完全燃燒時，釋放出120.9kJ的熱量，則1mol反應放出的熱量為241.8KJ，熱化學方程式為：
H₂（g）+1/2 O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ?mol^-1，
故答案為：H₂（g）+1/2 O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ?mol^-1；
（4）Y和Z結合可生成一種超硬物質，本身耐磨損，抗腐蝕，該晶體為原子晶體，化學式為C₃N₄，該晶體中各粒子均滿足8電子穩定結構，
故答案為：原子；C₃N₄．

點評：本題考查原子結構和元素周期律的關系，題目難度中等，正確推斷元素的種類為解答該題的關鍵，注意把握電化學、化學反應與能量以及晶體類型的判斷等解題方法的積累．