Question

X、Y、Z、W、G是元素周期表中原子序数依次增大的五种元素。X元素是元素周期表中核电荷数最小的元素。Y的一种核素常用于考古，其一种同素异形体为自然界最硬的物质。ZX₃气体溶于水呈碱性。W的外围电子排布是3s¹。G²⁺离子的M层d轨道只有5个电子。请回答下列问题：

（1）W在元素周期表中的位置是______；W和Z形成的化合物水溶液呈碱性，用离子方程式表示其原因_____。

（2）Z原子的第一电离能比氧原子的____（填“大”或“小”）；G的基态原子电子排布式是__________

（3）X与Y可形成多种化合物，其中一种化合物的分子式是X₆Y₆，分子中只有σ键，该分子的结构简式是_________；该化合物中Y的杂化轨道类型是________。

（4）G的最高价氧化物对应水化物的钾盐，在酸性条件下，常用于测定溶液中Fe²⁺的含量，该反应的离子方程式是____________

（5）可用YX₄还原ZO_x以消除其污染。已知：

YX₄(g) +4ZO₂(g)=4ZO(g)+YO₂(g)+2X₂O(g) △H=-574 kJ·mol^-1

YX₄(g)+4ZO(g)=2Z₂(g)十YO₂(g) +2X₂O(g) △H = -1160kJ·mol^-1

试写出用YX₄还原ZO₂至Z₂的热化学方程式________。

Answer

第三周期ⅠA族 N3-+ 3H2O ⇌NH3+3OH- 大 [Ar]3d54s2 ） sp3杂化 MnO4-+ 5Fe2++8 H+＝Mn2++5Fe3++4 H2O CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH= －867kJ·mol-1

【解析】

X、Y、Z、W、G是元素周期表中原子序数依次增大的五种元素，X是元素周期表中核电荷数最小的元素，故X为H元素；Y的一种核素常用于考古，其一种同素异形体为自然界最硬的物质，则Y为C元素；ZX3气体溶于水呈碱性，则Z为N元素；W的外围电子排布是3s1，则W为Na；G2+离子的M层d轨道只有5个电子，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则G为Mn。

根据题给信息推断X为氢元素，Y为碳元素，Z为氮元素，W为钠元素，G为锰元素；

（1）W为钠元素，在元素周期表中的位置是第三周期ⅠA族；W和Z形成的化合物为Na3N，Na3N水溶液呈碱性的原因N3-与水电离产生的氢离子结合生成NH3，水的电离平衡正向移动，使得溶液中氢氧根浓度大于氢离子浓度，溶液呈碱性，离子方程式为N3-+3H2O⇌NH3+3OH-。

故答案为：第三周期第IA族；N3-+H2O⇌NH3+OH-；

（2）氧原子的价电子排布为2s22p4，氮原子的价电子排布为2s22p3，p轨道处于半充满状态，较稳定，故氮原子的第一电离能比氧原子的大；G为锰元素，原子序数为25，根据构造原理知其基态原子电子排布式是[Ar]3d54s2；

故答案：大；[Ar]3d54s2；

（3）C6H6分子中只有σ键，该分子的结构简式是；碳原子形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道类型是sp3；

故答案是：；sp3杂化；

（4）酸性高锰酸钾溶液将Fe2+氧化为Fe3+，本身被还原为Mn2+，利用化合价升降法结合原子守恒和电荷守恒配平，该反应的离子方程式是MnO4-+ 5Fe2++8H+＝Mn2++5Fe3++4H2O；

故答案是：MnO4-+ 5Fe2++8 H+＝Mn2++5Fe3++4 H2O；

（5）已知：①CH4(g) +4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-574 kJ·mol-1，②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)十CO2(g) +2H2O(g) △H =-1160kJ·mol-1，根据盖斯定律：得CH4还原NO2至N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=－867kJ·mol-1；

故答案是：CH4(g)+2NO2(g)＝N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH= －867kJ·mol-1。