Question

(11分)已知短周期元素X、W、Z、Y核电荷数依次增大。X为原子半径最小的元素，W的最外层电子数是次外层的二倍，Y的最外层电子数为电子层数的三倍。

(1)写出Z单质的电子式_______________________

(2)由X、W、Z三种元素可组成火箭燃料甲，三种元素质量比为2∶6∶7，甲蒸气密度是同温同压下氢气密度的30倍，甲分子式________。Z、Y可形成多种化合物，其中化合物乙Z₂Y₄可做为火箭燃料燃烧时的供氧剂。虽然化合物甲与乙都有毒，但燃烧产物却无毒。写出化合物甲与乙反应的化学方程式：                      ________________________

该反应生成物能量总和　　　　（填“大于”、“小于”或“等于”）反应物能量总和。

 (3)X、Y两种元素的单质已被应用于字宙飞船的燃料电池中，如图所示，两个电极均由多孔性碳构成，通入的两种单质由孔隙逸出并在电极表面放电。

①b是电池的_____________极，a电极上的电极反应式是_________________________，消耗n molY单质时电池内转移的电子个数约为_______________。

②如果燃料电池中，a电极上改为通入X与W两种元素形成  的化合物丙(其它条件不变)写出b电极上的电极反应式是_________________________________。

③如果只把燃料电池电解质改为掺入了三氧化二釔的ZrO₂晶体，它在高温下传导O^2－(其它条件不变)，电池工作时，固体电解质里的O^2－向____________极(填a或b)移动，正极反应式为________________________。

Answer

(1)  （1分）

(2) C2H8N2（1分）。C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O↑（2分）    小于。（1分）

 (3)①正极（1分），2H2＋4OH――4e－＝4H2O（1分）。4nNA （1分）

②O2＋2H2O＋4e－＝4OH―（1分）    ③a （1分）   O2＋4e－＝2O2－（1分）

【解析】根据元素的结构及性质可知，X、W、Z、Y分别为H、C、N、O。

(1)氮气中含有三键，电子式为。

（2）三种元素的质量之比是2∶6∶7，所以原子个数之比是4∶1∶1。又因为甲蒸气密度是同温同压下氢气密度的30倍，所以甲的相对分子质量是60，则其分子式为C2H8N2。因为燃烧产物无毒，所以产物是氮气、CO2和水，方程式为C2H8N2+2N2O4=2CO2↑+3N2↑+4H2O↑。由于是放热反应，所以生成物的总能量小于反应物的总能量。

（3）①原电池中负极失去电子，正极得到电子。所以氢气在负极通入，正极在正极通入。所以b是正极，a是负极，电极反应式为2H2＋4OH――4e－＝4H2O。1mol氧气在反应中得到4mol电子，所以反应式中转移的电子的数量为4nNA。

②b电极通入的是氧气，反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH―。

③原电池中电子经导线传递到正极，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极氧气得到电子，反应式为O2＋4e－＝2O2－。