Question

2．A、B、C、D、E、F六種物質的轉化關系如圖所示（反應條件和部分產物未標出）．
（1）若A為短周期金屬單質，D為短周期非金屬單質，且所含元素的原子序數A原子是D原子的2倍，D原子的最外層電子數是其次外層電子數的2倍，化合物B是造成溫室效應的主要氣體，F的濃溶液與A、D反應都有紅棕色氣體生成．則A原子的結構示意圖為，反應④的化學方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（2）若A是常見的變價金屬的單質，D、F是氣態(tài)單質，且反應①和②均在水溶液中進行，寫出反應②的離子方程式是2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-，E與A再生成C的離子方程式是2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（3）請依據（2）中E與A的反應，設計一個原電池．要求：畫出實驗裝置圖（如圖2），注明電解質溶液名稱，正、負極及正負極材料，并標出電子移動方向，寫出電極反應式．
正極反應式：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；
負極反應式：Fe-2e^-═Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）若A為短周期金屬單質，D為短周期非金屬單質，D原子的最外層電子數是其次外層電子數的2倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數為4，故D為碳，所含元素的原子序數A是D原子的2倍，則A原子序數是12，則A是Mg；化合物B是造成溫室效應的主要氣體，結合反應①可知B是CO₂，C是MgO，F的濃溶液與A、D反應都有紅棕色氣體生成，則F是HNO₃，E是Mg（NO₃）₂；
（2）若A是常見的變價金屬的單質，D、F是氣態(tài)單質，且反應①在水溶液中進行，D和F單質化合反應生成B為酸，由轉化關系可知氣體單質F能與A反應生成高價態(tài)化合物，則推斷變價金屬A為Fe，F為Cl₂，D為H₂，B為HCl，E為FeCl₃；
（3）E與A發(fā)生反應：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，石墨作正極，電極反應式為2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，Fe作負極，電極反應式為Fe-2e^-═Fe²⁺，電解質溶液為FeCl₃溶液，電子由負極流出，經導線流向正極．

解答 （1）若A為短周期金屬單質，D為短周期非金屬單質，D原子的最外層電子數是其次外層電子數的2倍，原子只能有2個電子層，最外層電子數為4，故D為碳，所含元素的原子序數A是D原子的2倍，則A原子序數是12，則A是Mg；化合物B是造成溫室效應的主要氣體，結合反應①可知B是CO₂，C是MgO，F的濃溶液與A、D反應都有紅棕色氣體生成，則F是HNO₃，E是Mg（NO₃）₂，則：
A原子的結構示意圖為：，反應④的化學方程式為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案為：；C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）若A是常見的變價金屬的單質，D、F是氣態(tài)單質，且反應①在水溶液中進行，D和F單質化合反應生成B為酸，由轉化關系可知氣體單質F能與A反應生成高價態(tài)化合物，則推斷變價金屬A為Fe，F為Cl₂，D為H₂，B為HCl，E為FeCl₃，則：
反應②的離子方程式是：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-，E與A再生成C的離子方程式是：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案為：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-；2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（3）E與A發(fā)生反應：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，石墨作正極，電極反應式為2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，Fe作負極，電極反應式為Fe-2e^-═Fe²⁺，電解質溶液為FeCl₃溶液，電子由負極流出，經導線流向正極，裝置圖為：，
故答案為：2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；Fe-2e^-═Fe²⁺；．

點評 本題考查無機物的推斷、原電池設計等，涉及Fe、Mg、Cl、C、N元素化合物性質與轉化，需要學生熟練掌握元素化合物性質，理解原電池工作原理，題目難度中等．