Question

20．八種短周期主族元素（用字母x、y、z、d、e、f、g、h表示）原子序數依次遞增．x的最高正化合價和最低負化合價的代數和為零；d是地殼中含量最高的元素；y的一種單質具有很高的硬度和熔點；z、e、f的最高價氧化物對應的水化物可兩兩反應；化學上常用品紅溶液來鑒別g的一種氧化物．根據上述信息及判斷，請用化學符號回答下列問題：
（1）h在元素周期表的位置是第三周期VIIA族．
（2）e與z形成的化合物e₃z是一種實施管制的化學品，與水作用可產生一種有刺激性氣味的10電子氣體i．i的電子式為．e₃z與鹽酸反應生成2種鹽，其中熱穩(wěn)定性最差的生成鹽的電子式為．
（3）比較e₃z中兩種微粒的半徑的大小N^3-＞Na⁺（用離子符號表示即可）；g、h的最高價氧化物對應的水化物的酸性強弱是HClO₄＞H₂SO₄．
（4）y在過量的d中反應生成物的電子式為．z單質的電子式為，其結構式為N≡N．e和d形成原子個數為1：1的化合物的電子式為．用電子式表示x和d原子個數為1：1的化合物的形成過程．
（5）上述元素可組成鹽R：zx₄f（gd₄）₂，向盛有10mL1mol•L^-1R溶液的燒杯中滴加20mL1.2mol•L^-1Ba（OH）₂溶液，充分反應后，溶液中產生沉淀的物質的量為0.022mol．
（6）將Ba（OH）₂溶液逐滴加入到明礬溶液中：請寫出剛好滿足下列條件時的離子方程式：
①生成沉淀的總物質的量最大2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-═3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓．
②生成沉淀的總質量最大Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-═2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 八種短周期主族元素（用字母x、y、z、d、e、f、g、h表示）原子序數依次遞增．d是地殼中含量最高的元素，則d為O元素；x的最高正化合價和最低負化合價的代數和為零，y的一種單質具有很高的硬度和熔點，二者原子序數小于氧，故x為H元素、y為C元素，z的原子序數介于碳、氧之間，故z為N元素；z、e、f的最高價氧化物對應的水化物可兩兩反應，應是氫氧化鋁、強堿、強酸之間的反應，則e為Na、f為Al；化學上常用品紅溶液來鑒別g的一種氧化，則g為S，可推知h為Cl．
（1）主族元素周期數=電子層數、主族族序數=最外層電子數；
（2）e與z形成的化合物Na₃N，與水作用可產生一種有刺激性氣味的10電子氣體i，則i為NH₃．Na₃N與鹽酸反應生成NH₄Cl、NaCl，其中熱穩(wěn)定性最差的為NH₄Cl，由銨根離子與氯離子構成；
（3）電子層結構相同的離子，核電荷數越大離子半徑越小；非金屬性越強，最高價氧化物對應的水化物的酸性；
（4）y在過量的d中反應生成物為CO₂，分子中碳原子與氧原子之間形成2對共用電子對；z單質為N₂，分子中N原子之間形成3對共用電子對；e和d形成原子個數為1：1的化合物為Na₂O₂，由鈉離子與過氧根離子構成；x和d原子個數為1：1的化合物為H₂O₂，屬于共價化合物；
（5）①R是NH₄Al（SO₄）₂，根據n=cV計算n（Al³⁺ ）、n（NH₄⁺）、n（SO₄^2-）、n（Ba²⁺）、n（OH^-），根據SO₄^2-、Ba²⁺中不足量的離子的物質的量計算生成BaSO₄的物質的量，依次發(fā)生：Al³⁺+OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，根據方程式計算生成Al（OH）₃的物質的量，進而二者計算生成固體總物質的量；
（6）①假設KAl（SO₄）₂的物質的量為1mol，則明礬溶液中含有2mol SO₄^2-，1molAl³⁺，向明礬溶液中逐滴加入Ba（OH）₂溶液至鋁離子完全沉淀時生成1mol氫氧化鋁，1.5mol硫酸鋇，再滴加氫氧化鋇，有1mol硫酸鋇沉淀時，會溶解2mol氫氧化鋁，故鋁離子恰好沉淀時生成沉淀物質的量最大；
②生成1mol硫酸鋇的質量為233g，溶解2mol氫氧化鋁的質量為156g，故SO₄^2-剛好沉淀完全時固體質量最大．

解答 解：八種短周期主族元素（用字母x、y、z、d、e、f、g、h表示）原子序數依次遞增．d是地殼中含量最高的元素，則d為O元素；x的最高正化合價和最低負化合價的代數和為零，y的一種單質具有很高的硬度和熔點，二者原子序數小于氧，故x為H元素、y為C元素，z的原子序數介于碳、氧之間，故z為N元素；z、e、f的最高價氧化物對應的水化物可兩兩反應，應是氫氧化鋁、強堿、強酸之間的反應，則e為Na、f為Al；化學上常用品紅溶液來鑒別g的一種氧化，則g為S，可推知h為Cl．
（1）h為Cl，處于周期表中第三周期VIIA族，故答案為：第三周期VIIA族；
（2）e與z形成的化合物Na₃N，與水作用可產生一種有刺激性氣味的10電子氣體i，則i為NH₃，其電子式為，Na₃N與鹽酸反應生成NH₄Cl、NaCl，其中熱穩(wěn)定性最差的為NH₄Cl，由銨根離子與氯離子構成，電子式為，
故答案為：；2；；
（3）電子層結構相同的離子，核電荷數越大離子半徑越小，故離子半徑：N^3-＞Na⁺；非金屬性越強，最高價氧化物水化物的酸性越強，故酸性：HClO₄＞H₂SO₄，
故答案為：N^3-＞Na⁺；HClO₄＞H₂SO₄；
（4）y在過量的d中反應生成物為CO₂，電子式為；z單質為N₂，分子中N原子之間形成3對共用電子對，電子式為，結構式為N≡N；e和d形成原子個數為1：1的化合物為Na₂O₂，由鈉離子與過氧根離子構成，電子式為；x和d原子個數為1：1的化合物為H₂O₂，屬于共價化合物，用電子式表示形成過程為，
故答案為：；；N≡N；；；
（5）10mL 1mol•L^-1 NH₄Al（SO₄）₂溶液中Al³⁺ 物質的量為0.01mol，NH₄⁺的物質的量為0.01mol，SO₄^2-的物質的量為0.02mol，20mL 1.2 mol•L^-1Ba（OH）₂溶液中Ba²⁺物質的量為0.024mol，OH^-為0.048mol，
由SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，可知SO₄^2-不足，故可以得到0.02mol BaSO₄，
    Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓
0.01mol 0.03mol 0.01mol
反應剩余OH^-為0.048mol-0.03mol=0.018mol，
      NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O
0.01mol 0.01mol
反應剩余OH^-為0.018mol-0.01mol=0.008mol，
  Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
0.008mol 0.008mol
故得到Al（OH）₃沉淀為0.01mol-0.008mol=0.002mol
則最終得到固體為0.02mol+0.002mol=0.022mol，
故答案為：0.022；
（6）①假設KAl（SO₄）₂的物質的量為1mol，則明礬溶液中含有2mol SO₄^2-，1molAl³⁺，向明礬溶液中逐滴加入Ba（OH）₂溶液至鋁離子完全沉淀時生成1mol氫氧化鋁，1.5mol硫酸鋇，再滴加氫氧化鋇，有1mol硫酸鋇沉淀時，會溶解2mol氫氧化鋁，故鋁離子恰好沉淀時生成沉淀物質的量最大，反應離子方程式為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-═3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓；
故答案為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-═3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓；
②生成1mol硫酸鋇的質量為233g，溶解2mol氫氧化鋁的質量為156g，故SO₄^2-剛好沉淀完全時固體質量最大，SO₄^2-剛好沉淀完全時，需要2molBa（OH）₂，即加入的Ba²⁺為2mol，OH^-為4mol，生成2molBaSO₄，1molAl³⁺與4molOH^-反應生成1molAlO₂^-，反應的離子方程式為Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-═2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-═2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O．

點評 本題考查結構位置性質關系、離子半徑的大小比較、元素周期律、電子式、化學計算、離子方程式書寫等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，難度較大．