题目内容
【题目】铜及其化合物有着十分重要的用途:如氨基乙酸铜[结构简式为(H2NCH2COO)2Cu]常用作食品补铜剂及矿物元素饲料添加剂,硒化铜纳米晶在光电转化中有着广泛地应用;硫酸铜可用作配制农药等。
(1)基态硒原子的电子排布式为____,基态氮原子电子的空间运动状态有__种,与硒同周期相邻的三种元素第一电离能由大到小的顺序为______
(2)(H2NCH2COO)2Cu氨基乙酸铜中,碳原子的杂化轨道类型是______;与氮原子成键的原子(含氮原子本身)形成的空间构型是__________。
(3)硫酸铜晶体的组成可表示为[Cu(H2O)4]SO4·H2O,实验测得该物质中存在氢键且水分子成“键”情况与冰中类似,则1mol[Cu(H2O)4]SO4·H2O中氢键数目为__NA。
(4)硫酸铜在高温下分解有可能得到CuO、Cu2O、SO2、SO3等物质,其中CuO的熔点为1026℃。
①CuO的晶体类型是_____,熔点Cu2O>Cu2S的原因是______
②SO2与SO3中,属于非极性分子的是__,SO2在溶剂水与溶剂CCl4中,相同温度能溶解更多SO2的溶剂是___________
③铜的某种氧化物的晶胞如下图所示,则该氧化物的化学式为_______,若组成粒子氧、铜的半径分别为rOpm、rCupm,密度ρg/cm3,阿伏加德罗常数值为NA,则该晶胞的空间利用率为______(用含π的式子表示)。
【答案】 [Ar]3d104s24p4 5 Br>As>Se sp2、sp3 三角锥 2 离子晶体 离子半径O2-<S2-,Cu2O晶格能比CuS的大 SO3 H2O Cu2O 10-30
【解析】试题分析:本题考查原子核外电子排布式的书写、第一电离能大小的比较、杂化方式和空间构型的判断、氢键的计算、晶体类型的判断、晶体熔点的比较、物质的溶解性、晶胞的分析和计算。
(1)硒的原子序数为34,Se原子核外有34个电子,根据构造原理,基态硒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4或[Ar]3d104s24p4。基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,电子排布图为,一个原子轨道就是一种空间运动状态,基态N原子电子的空间运动状态有5种。与Se同周期的相邻的三种元素为As、Se、Br,根据同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势,As的价电子排布式为4s24p3,As的4p处于半充满较稳定,第一电离能AsSe,则三种元素的第一电离能由大到小的顺序为:BrAsSe。
(2)氨基乙酸铜中,连接2个H的碳原子为饱和碳原子,该碳原子形成2个碳氢σ键、1个碳碳σ键和1个碳氮σ键,该碳原子为sp3杂化;与氧原子连接的碳原子形成1个碳氧双键(含1个σ键和1个π键)、1个碳氧单键(σ键)和1个碳碳单键(σ键),该碳原子为sp2杂化。N原子形成2个氮氢σ键和1个碳氮σ键,N原子上有1对孤电子对,N原子为sp3杂化,与N原子成键的原子(含氮原子本身)形成的空间构型为三角锥形。
(3)硫酸铜晶体中存在氢键且水分子成“键”情况与冰中类似,1mol冰晶体中存在2mol氢键,则1mol[Cu(H2O)4]SO4·H2O中存在2mol氢键,含氢键数目为2NA。
(4)①CuO的熔点较高,CuO属于离子晶体。熔点Cu2OCu2S的原因是:O2-的离子半径小于S2-,Cu2O的晶格能大于Cu2S。
②SO2的空间构型为V形,SO2为极性分子;SO3的空间构型为平面正三角形,SO3为非极性分子;SO2与SO3中属于非极性分子的是SO3。SO2、H2O都属于极性分子,CCl4属于非极性分子,根据“相似相溶”经验规律,相同温度下,能溶解更多SO2的溶剂是H2O。
③用“均摊法”,晶胞中含Cu:4个,O:8+1=2个,Cu与O的个数比为2:1,该氧化物的化学式为Cu2O。1个晶胞中氧、铜的体积之和为(4πrCu3+2πrO3)10-30cm3;1mol晶体的体积为=cm3,1个晶胞的体积为cm3NA2=cm3,该晶胞的空间利用率为(4πrCu3+2πrO3)10-30cm3cm3=10-30。
【题目】含氮化合物在工农业生产中都有重要应用。
(1)氮和肼(N2H4)是两种最常见的氮氢化物。
已知:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-541.8 kJ·mol-1,化学平衡常数为K1。N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534 kJ·mol-1,化学平衡常数为K2。则用NH3和O2制取N2H4的热化学方程式为__________________,该反应的化学平衡常数K=________(用K1、K2表示)。
(2)对于2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在一定温度下,于1 L的恒容密闭容器中充入0.1 mol NO和0.3 mol CO,反应开始进行。
①下列能说明该反应已经达到平衡状态的是______(填字母代号)。
A.c(CO)=c(CO2)
B.容器中混合气体的密度不变
C.v(N2)正=2v(NO)逆
D.容器中混合气体的平均摩尔质量不变
②图1为容器内的压强(p)与起始压强(p0)的比值随时间(t)的变化曲线。0~5min内,该反应的平均反应速率v(N2)=________,平衡时NO的转化率为________。
(3)使用间接电化学法可处理燃烧烟气中的NO,装置如图所示。已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:____________________。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理____________________________________________。
【答案】 4NH3(g)+O2(g)2N2H4(g)+2H2O(g)ΔH=+526.2 kJ·mol-1 K1/K22 D 0.006 mol·L-1·min-1 80% 2HSO3-+2e-+2H+===S2O42-+2H2O 2NO+2S2O42-+2H2O===N2+4HSO3-
【解析】(1)①4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-541.8kJ/mol,化学平衡常数为K1。②N2H4(g)+O2(g) N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534kJ/mol,化学平衡常数为K2。根据盖斯定律,将①-②×2得:4NH3(g)+O2(g) = 2N2H4(g)+2H2O(g) ΔH=(-541.8kJ/mol)-(-534kJ/mol)×2=+526.2kJ/mol,该反应的化学平衡常数K=,故答案为:4NH3(g)+O2(g) = 2N2H4(g)+2H2O(g) ΔH=+526.2kJ/mol; ;
(2)对于2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),在一定温度下,于1L的恒容密闭容器中充入0.1molNO和0.3molCO,反应开始进行。
①A.c(CO)=c(CO2),不表示浓度变化,不能判断是否为平衡状态,故A错误;B.反应中气体的质量不变,体积不变,容器中混合气体的密度始终不变,不能判断是否为平衡状态,故B错误;C.v(N2)正=2v(NO)逆表示,应该是2v(N2)正=v(NO)逆,才表示正逆反应速率相等,故C错误;D.该反应属于气体的物质的量发生变化的反应,容器中混合气体的平均摩尔质量不变时表示气体的物质的量不变, 说明是平衡状态,故D正确;故选D;
②根据容器内的压强(P)与起始压强(P0)的比值(P/P0)随时间(t)的变化曲线,0~5min内,=0.925,根据阿伏伽德罗定律及其推论, =0.925,平衡时 =0.90,
2NO(g)+ 2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始(mol) 0.1 0.3 0 0
反应 2x 2x x 2x
5min及平衡 0.1-2x 0.3-2x x 2x
5min时,=0.925,解得x=0.03mol,v(N2)= = 0.006mol·L-1·min-1;平衡时,=0.90,解得x=0.04mol,NO的转化率=×100%=80%,故答案为:0.006 mol·L-1·min-1;80%;
(3)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子,得电子,生成硫代硫酸根离子,电极反应式为:2HSO3-+2e-+2H+═S2O42-+2H2O;硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气,离子反应方程式为:2NO+2S2O42-+2H2O═N2+4HSO3-;故答案为:2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O;2NO+2S2O42-+2H2O=N2+4HSO3-。
【题型】填空题
【结束】
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【题目】锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能,且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点,是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图:
已知:Ksp(FePO4·xH2O)=1.0×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。
(1)在合成磷酸铁时,步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是________________。
(2)步骤Ⅱ中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品,经过高温充分煅烧测其结晶水含量,实验数据如下表:
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
固体失重质量分数 | 19.9% | 20.1% | 20.0% |
固体失重质量分数=×100%,则x=_______(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是__________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)H3PO4是三元酸,如图是常温下溶液中含磷微粒的物质的量分数(δ)随pH变化示意图。则PO第一步水解的水解常数K1的表达式为______,K1的数值最接近______(填字母)。
A.10-12.4 B.10-1.6 C.10-7.2 D.10-4.2