Question

短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，B是形成化合物种类最多的元素，C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，D是同周期中金属性最强的元素，E的负一价离子与C的某种氢化物分子含有相同的电子数．

（1）A、C、D形成的化合物中含有的化学键类型为               ．

（2）已知：

①E﹣E→2E△H=+a kJ•mol^﹣1；

②2A→A﹣A△H=﹣b kJ•mol^﹣1；

③E+A→A﹣E△H=﹣c kJ•mol^﹣1；

写出298K时，A₂与E₂反应的热化学方程式                        ．

（3）在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，使之发生反应：2A₂（g）+BC（g）⇌X（g）△H=﹣a kJ•mol^﹣1（a＞0，X为A、B、C三种元素组成的一种化合物）．初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如下：

实验	甲	乙	丙
初始投料	2molA2、1molBC	1molX	4molA2、2molBC
平衡时n（X）	0.5mol	n2	n3
反应的能量变化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
体系的压强	P1	P2	P3
反应物的转化率	α1	α2	α3

①在该温度下，假设甲容器从反应开始到平衡所需时间为4min，则A₂的平均反应速率v（A₂）=                ．

②计算该温度下此反应的平衡常数K=           ．

③三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是         （填字母）．

A．α₁+α₂=1

B．Q₁+Q₂=a

C．α₃＜α₁

D．P₃＜2P₁=2P₂

E．n₂＜n₃＜1.0mol

F．Q₃=2Q₁

④在其他条件不变的情况下，将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min达到新的平衡时A₂的总转化率为75%，请在图1中画出第5min到新平衡时X的物质的量浓度的变化曲线．

（4）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高温燃料电池，被称为第二代燃料电池．目前已接近商业化，示范电站规模已达2MW，从技术发展趋势来看，是未来民用发电的理想选择方案之一．现以A₂（g）、BC（g）为燃料，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质．写出碳酸盐燃料电池（MCFC）正极电极反应式                  ．

Answer

（1）离子键、极性键（或共价键）；

（2）H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）△H=（a+b﹣2c）kJ•mol﹣1；

（3）①0.125mol•L﹣1•min﹣1；②4 L2/mol2；③ABD；

④

（4）O2+4e﹣+2CO2=2CO32﹣

【解析】

试题分析：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，则A为H元素；B是形成化合物种类最多的元素，则B为C元素；C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，C原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；D是同周期中金属性最强的元素，处于ⅠA，结合原子序数可知，D处于第三周期，故D为Na；E的负一价离子与C的某种氢化物分子含有相同的电子数，可推知E为Cl；

（1）A、C、D形成的化合物是NaOH，NaOH中钠离子和氢氧根离子之间存在离子键、H原子核O原子之间存在极性共价键，故答案为：离子键、极性键（或共价键）；

（2）①E-E→2E△H=+a kJ•mol-1；

②2A→A-A△H=-b kJ•mol-1；

③E+A→A-E△H=-c kJ•mol-1；

将方程式①+②-2③得H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）△H=（a+b-2c）kJ•mol-1；

（3）①在该温度下，假设甲容器从反应开始到平衡所需时间为4min，生成0.5molX需要n（A2）=2n（X）=1mol，则=0.125mol•L-1•min-1；

②平衡时c（X）=0.5mol/2L=0.25mol/L，c（A2）=（2−0.5×2）mol/2L=0.5mol/L，

c（BC）=（1−0.5）mol/2L=0.25mol/L，则平衡常数K==4L2/mol2；

③甲容器反应物投入2molH2、1molCO与乙容器反应物投入2mol CH3OH在保持恒温、恒容情况下是等效平衡，平衡时CH3OH的物质的量n2=0.5mol、p1=p2、α1+α2=1、Q1+Q2能量总变化相当于2molH2、1molCO完全转化成2mol CH3OH的能量，即吸放热Q1+Q2数值上就等于akJ；甲容器反应物投入量2molH2、1molCO与丙容器反应物投入量4molH2、2molCO，若恒温且丙容器容积是甲容器2倍，则甲容器与丙容器也是等效平衡，然而现在是温度、容积相同的3个密闭容器，我们可以当成是在恒温且容积是甲容器两倍条件下，体积受到了压缩，原反应正向气体体积减少，由平衡移动原理，则相较于甲容器（或假设状况）而言，丙容器平衡向逆向移动，也就是说，丙容器的转化率比甲容器还要低一些，因此α1+α2=1、Q1+Q2=a；α3＞α1；P3＜2P1=2P2、n3＜n2＜1.0mol、Q3＞2Q1，故答案为ABD；

④将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min 达到新的平衡时，

2H2（g）+CO（g）⇌CH4O（g）

初始量：2 1 0

变化量：1.5 0.75 0.75

平衡量：0.5 0.25 0.75

所以达到平衡时，甲醇的物质的量浓度是0.75mol/L，在第5min时，由于体积减半，所以甲醇的浓度应该加倍，即为0.25mol/L×2=0.5mol/L，所以5-8min内，甲醇的物质的量浓度从0.5mol/L升高到0.75mol/L，如图所示：；

（4）碳酸盐燃料电池正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32。

【考点定位】考查元素推断、化学键、热化学方程式的书写、化学平衡常数计算、平衡移动原理的综合应用、图象的分析和表达及新型电池的理解和应用，

【名师点晴】本题解题关键是根据元素周期表和元素周期律，准确推断元素，具体分析是：短周期主族元素A、B、C、D、E原子序数依次增大，A是周期表中原子半径最小的元素，则A为H元素；B是形成化合物种类最多的元素，则B为C元素；C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，C原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，故C为O元素；D是同周期中金属性最强的元素，处于ⅠA，结合原子序数可知，D处于第三周期，故D为Na；E的负一价离子与C的某种氢化物分子含有相同的电子数，可推知E为Cl，据此解答。