(共8分)燃料电池是利用燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气反应,将反应产生的化学能转变为电能的装置,通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成下列关于甲烷(CH4)燃料电池的填空:
(1)已知燃料电池的总反应式为CH4 + 2O2 + 2KOH ="=" K2CO3 + 3H2O,电池中有一极的电极反应为CH4 + 10 OH- - 8e- == CO2-3 + 7H2O,这个电极是燃料电池的 (填“正极”或“负极”),另一个电极上的电极反应式为:
(2)随着电池不断放电,电解质溶液的碱性 (填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)通常情况下,甲烷燃料电池的能量利用率 (填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷燃烧的能量利用率。
有A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大,其中B是地壳中含量最多的元素.已知A、C及B、E分别是同主族元素,且B、E两元素原子核内质子数之和是A、C两元素原子核内质子数之和的2倍.处于同周期的C、D、E元素中,D是该周期金属元素中金属性最弱的元素.
(1)试比较C、D两元素最高价氧化物对应水化物碱性的强弱(填化学式)
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(2)A、B、C形成的化合物的晶体类型为;电子式为;
(3)写出D单质与C元素最高价氧化物对应水化物反应的离子方程式;
(4)写出两种均含A、B、C、E四种元素的化合物在溶液中相互反应、且生成气体的离子方程式;
(5)A单质和B单质能构成电池,该电池用多孔惰性电极浸入浓KOH溶液,两极分别通入A单质和B单质,写出该电池负极电极反应方程式;
(6)通常条件下, C的最高价氧化物对应水化物2mol与E最高价氧化物对应水化物1mol的稀溶液间反应放出的热量为114.6KJ,试写出表示该热量变化的离子方程式.
【化学—物质结构与性质】(12分)
(1)过渡金属元素铁能形成多种配合物,如:[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3[三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)和Fe(CO)x等。
①基态Fe3+的M层电子排布式为;
②尿素(H2NCONH2)分子中C原子的杂化方式是;
③配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18,则x= 。Fe(CO)x常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)x晶体属于(填晶体类型)。
(2)下列说法正确的是(填字母序号)。
A.第一电离能大小:S>P>Si |
B.电负性顺序:C<N<O<F |
C.因为晶格能CaO比KCl高,所以KCl的熔点比CaO熔点低 |
D.分子晶体中,共价键键能越大,该分子晶体的熔沸点越高 |
(3)O和Na的一种只含有离子键的化合物的晶胞结构如图,距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为。已知该晶胞的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,求晶胞边长a=cm(用含ρ、NA的计算式表示)。
选做(12分)【化学—物质结构与性质】N和B元素在化学中占有很重要的地位。
(1)写出N元素基态原子的价电子排布式_______。B、N和O元素的电负性由大到小的顺序为_______.
(2)N和B两元素氟化物的化学式相似,均为AB3型,但分子的空间结构有很大不同,其原因是___________,其中BF3的分子构型为_______________。
(3)BN的晶体结构与金刚石相似其中B原子的杂化方式为_______,微粒间存在的作用力是_________。
(4)根据电子云的重叠方式判断,N2分子中存在的σ键和π键数目之比为___________。
(16分)金属铝、铁、铜及其化合物与生产、科研关系密切。
(1)工业上可用铝与软锰矿(主要成分为MnO2)反应冶炼金属锰。用化学方程式表示其冶炼原理________。
(2)工业上,采用石墨、铁棒作为电极,电解除去废水中的CN—(C为+4价。下同),装置如图所示,通电过程中,阴、阳两极均有无色无味的气体产生,阳极区两种离子的放电产物会进一步发生反应,其方程式为C12+CNO—+OH— →□+Cl—+CO32-+H2O(未配平)。
①铁电极应连接直流电源的________________(填写电极名称)。
②上述反应方程式配平后“□”内应填写_______。
③阴极产物有______,阳极上发生的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑和______。
(3)用CuSO4溶液为电解质溶液,进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼。下列说法错误的是___________(填写字母代号)。
a.电能全部转化为化学能
b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动
d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)硫酸铝铵水溶液呈酸性,是因为________(填写离子符号)发生了水解;常温下浓度均为0.1 mol·L-1硫酸铝和硫酸铝铵两种水溶液,c(Al3+)较大的是________(填“硫酸铝铵”或“硫酸铝”)溶液。
【化学——选修物质结构与性质】(15分)A、B、C、D都是元素周期表中的短周期元素,它们的核电荷数依次增大。第2周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍,B原子的最外层p轨道的电子为半满结构,C是地壳中含量最多的元素,D原子的S电子与P电子数相等,E是第四周期元素,其原子核外最外层电子数与氢原子相同,其余各层电子均充满。请用对应的元素符号或化学式回答下列问题:
(1)A、B、C的电负性由小到大的顺序为 __;D的稳定离子核外有种运动状态的电子 .
(2)A的最高价氧化物对应的水化物分子中其中心原子采取杂化。
(3)已知A、C形成的化合物分子甲与B的单质分子结构相似, 1 mol甲中含有 键的数目为。
(4)科学家发现硼化D在39K时呈超导性,在硼化D晶体的理想模型中,D原子和硼原子是分层排布的,一层D一层硼相间排列。下图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿Z轴方向的投影,白球是D原子投影,黑球是硼原子投影,图中的硼原子和D原子投影在同一平面上。根据图示确定硼化D的化学式为_______。
(5)E的外围电子排布式是;E的氢化物的晶体结构如下图所示,此氢化物化学式是;写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式。