Question

5．某元素的原子最外層電子數是次外層電子數的兩倍，該元素是碳；它在元素周期表中的位置是第二周期第ⅣA族；該元素和氫元素組成的某種有機物是“西氣東輸”中“氣”的主要成分，這種有機物的電子式為；結構式；空間構型：正四面體．這種化合物中碳元素的質量分數為75%．該物質在氧氣中充分燃燒的反應方程式：CH₄+2O₂ $\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O．一定量的該氣體燃燒過程的能量變化如圖所示，從圖中可以讀出E₁＞E₂（填寫“＞”或者“＜”），該反應放熱（填寫“放出”或者“吸收”）能量．該物質與Cl₂反應方程式為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl（只寫出第一步反應），該反應類型為取代反應．

Answer 1

分析 某元素的原子最外層電子數是次外層電子數的兩倍，則有2個電子層、最外層電子數為4，可知質子數為6，則此元素為碳；
CH₄ 分子中，碳原子與4個氫原子分別共用一對電子，形成4個C-H鍵；
甲烷是碳原子和氫原子間通過共價單鍵形成的空間正四面體結構；
甲烷燃燒生成二氧化碳和水；
反應物的總能量高于生成物的總能量，則為放熱反應；
氯氣光照條件下與甲烷生成一氯甲烷（第一步反應），此反應為取代反應．

解答 解：某元素的原子最外層電子數是次外層電子數的兩倍，由于最外層電子數不能超過8，所以該元素核外電子只能有2個電子層，最外層電子數為4，所以質子數是6，該元素是碳元素，C處于元素周期表中第二周期第IVA族，碳與氫組合最簡單的化合物是甲烷，化學式是CH₄，碳原子最外層的4個電子分別與氫原子形成共用電子對，電子式為，結構式為：，是正四面體結構，CH₄中碳元素質量分數是：$\frac{12}{12+1×4}$×100%=75%，甲烷完全燃燒生成二氧化碳和水，化學反應方程式為：CH₄+2O₂ $\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O，從圖中得出反應物的總能量（E₁）高于生成物的總能量（E₂），故此反應為放熱反應，甲烷與氯氣反應生成一氯甲烷，此反應為取代反應，化學反應方程式為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，
故答案為：碳；第二周期第ⅣA族；；；正四面體；75%；CH₄+2O₂ $\stackrel{點燃}{→}$CO₂+2H₂O；＞；放熱；CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；取代．

點評 本題主要考查的是元素的推斷以及甲烷的分子式、電子式、結構式以及甲烷的化學性質和常見有機化學反應類型，難度不大．