Question

3．甲、乙、丙、丁、戊具有如圖所示的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元，圖中四面體外可能有的部分未畫(huà)出，只有實(shí)線表示共價(jià)鍵，X、Y可同可不同．
已知：甲、乙晶體類(lèi)型相同，單質(zhì)甲能與乙發(fā)生置換反應(yīng)，丙、丁、己三種粒子均含有等量的總電子數(shù)，其中丙、己是同一類(lèi)晶體中的分子，己在常溫下呈液態(tài)，能產(chǎn)生兩種10電子的離子，丁是陽(yáng)離子且與丙符合“等電子原理”（具有相同電子數(shù)和原子數(shù)的分子或離子互稱為等電子體），戊通常為液體與丙結(jié)構(gòu)相似，但分子中多了24個(gè)價(jià)電子．
（1）寫(xiě)出液態(tài)己產(chǎn)生兩種等電子粒子的電離方程式：2H₂O?H₃O⁺+OH^-．
（2）X、Y原子的最外層都滿足8電子的分子是D（填字母代號(hào)）
A．甲        B．乙       C．丙       D．戊      E．己
（3）寫(xiě)出甲與乙發(fā)生置換反應(yīng)的反應(yīng)方程式：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑．
（4）丙是目前重要的能源之一．
①丙和己在催化、加熱條件下得到可燃性的兩種氣體，其反應(yīng)的化學(xué)方程式是：CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂．
②現(xiàn)代高能電池中，常用丙作燃料電池的原料，在堿性介質(zhì)（KOH溶液）的情況下，其正極反應(yīng)的電極方程式為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-．
（5）請(qǐng)寫(xiě)出一種與戊符合“等電子原理”的離子SO₄^2-或SiO₄^4-或PO₄^3-．

Answer 1

分析 丙、丁、己三種粒子均含有等量的總電子數(shù)，其中丙、己是同一類(lèi)晶體中的分子，己在常溫下呈液態(tài)，能產(chǎn)生兩種10電子的離子，推斷己為H₂O，電離生成水合氫離子和氫氧根離子；與水電子數(shù)相同的正四面體的分子，丙為10電子微粒推斷為CH₄，丁是陽(yáng)離子且與丙符合“等電子原理”，為10電子陽(yáng)離子，所以丁為NH₄⁺；甲、乙、丙、丁、戊均具有如圖所示的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元．實(shí)線表示共價(jià)鍵，都是正四面體結(jié)構(gòu)，甲、乙晶體類(lèi)型相同，單質(zhì)甲能與乙發(fā)生置換反應(yīng)，單質(zhì)為四面體和化合物為四面體的物質(zhì)發(fā)生置換反應(yīng)，推斷甲為C，乙為SiO₂，戊通常為液體與丙結(jié)構(gòu)相似，但分子中多了24個(gè)價(jià)電子，則判斷為CCl₄，價(jià)電子數(shù)=6+4×7=34，甲烷價(jià)電子=6+4=10，符合結(jié)構(gòu)特征，依據(jù)判斷出的物質(zhì)分析回答問(wèn)題．

解答 解：丙、丁、己三種粒子均含有等量的總電子數(shù)，其中丙、己是同一類(lèi)晶體中的分子，己在常溫下呈液態(tài)，能產(chǎn)生兩種10電子的離子，推斷己為H₂O，電離生成水合氫離子和氫氧根離子；與水電子數(shù)相同的正四面體的分子，丙為10電子微粒推斷為CH₄，丁是陽(yáng)離子且與丙符合“等電子原理”，為10電子陽(yáng)離子，所以丁為NH₄⁺；甲、乙、丙、丁、戊均具有如圖所示的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元．實(shí)線表示共價(jià)鍵，都是正四面體結(jié)構(gòu)，甲、乙晶體類(lèi)型相同，單質(zhì)甲能與乙發(fā)生置換反應(yīng)，單質(zhì)為四面體和化合物為四面體的物質(zhì)發(fā)生置換反應(yīng)，推斷甲為C，乙為SiO₂，戊通常為液體與丙結(jié)構(gòu)相似，但分子中多了24個(gè)價(jià)電子，則判斷為CCl₄，價(jià)電子數(shù)=6+4×7=34，甲烷價(jià)電子=6+4=10，符合結(jié)構(gòu)特征
（1）液態(tài)戊為H₂O產(chǎn)生兩種等電子粒子的電離方程式為2H₂O?H₃O⁺+OH^-，故答案為：2H₂O?H₃O⁺+OH^-； 
（2）A、甲是C，由原子構(gòu)成，不存在分子，故A錯(cuò)誤；
B、乙為SiO₂，屬于原子構(gòu)成的無(wú)分子存在，故B錯(cuò)誤；
C、丙為CH₄，氫原子不是8電子結(jié)構(gòu)，故C錯(cuò)誤；
D、戊為CCl₄，碳原子和氯原子最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故D正確；
E、己為H₂O，分子中氫原子是2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故E錯(cuò)誤；
X、Y原子的最外層都滿足8電子的分子是D，
故電能為：D．
（3）甲與乙是C和SiO₂發(fā)生置換反應(yīng)的反應(yīng)方程式為SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，故答案為：SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；
（4）①丙為CH₄和戊為H₂O在催化、加熱條件下得到可燃性的兩種氣體，判斷為氫氣和一氧化碳，其反應(yīng)的化學(xué)方程式是：CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂；      
②丙為CH₄作燃料電池的原料，在堿性介質(zhì)（KOH溶液）的情況下，甲烷做原電池負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；在堿性介質(zhì)（KOH溶液）的情況下，電池總反應(yīng)為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O；依據(jù)電池總反應(yīng)減去正極電極反應(yīng)，消去氧氣得到負(fù)極反應(yīng)的電極方程式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（5）戊通常為液體與丙結(jié)構(gòu)相似，但分子中多了24個(gè)價(jià)電子，則判斷為CCl₄，價(jià)電子數(shù)=6+4×7=34，甲烷價(jià)電子=6+4=10，所以CCl₄符合結(jié)構(gòu)特征，具有相同電子數(shù)和原子數(shù)的分子或離子互稱為等電子體，與戊符合“等電子原理”的離子可以為SO₄^2-或SiO₄^4-或PO₄^3-；
故答案為：SO₄^2-或SiO₄^4-或PO₄^3-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了等電子粒子的分析判斷，主要是常見(jiàn)十電子微粒的性質(zhì)應(yīng)用，結(jié)構(gòu)判斷，題目難度中等