题目内容

2．钒（23V）是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业．
回答下列问题：
（1）钒在元素周期表中的位置为第4周期ⅤB族，其价层电子排布图为．
（2）钒的某种氧化物的晶胞结构如图1所示．晶胞中实际拥有的阴、阳离子个数分别为4、2．
（3）V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂．SO2分子中S原子价层电子对数是3对，分子的立体构型为V形；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为sp2；SO3的三聚体环状结构如图2所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为sp3；该结构中S-O键长有两类，一类键长约140pm，另一类键长约160pm，较短的键为a（填图2中字母），该分子中含有12个σ键．

（4）V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na3VO4），该盐阴离子的立体构型为正四面体；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图3所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为NaVO3．

分析 （1）由题意知，钒的核电荷数为23，则可以推知钒在元素周期表中的位置为第4周期ⅤB族，根据核外电子的轨道能量排布顺序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推断其电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，注意由于4s轨道能量比3d轨道能量低，因此先排4s轨道，因此其价层电子排布式为3d34s2，以此书写电子排布图；
（2）由晶胞可知，V位于顶点和体心，O有4个位于面心，2个位于体心；
（3）SO2分子中S原子形成2个σ键，孤电子对数为$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO3气态为单分子，该分子中S原子形成3个σ键，没有孤对电子，SO3的三聚体中S原子形成4个σ键，以此判断空间构型和杂化类型；SO3的三聚体中每个S形成，存在S=O键和S-O键，S=O键长较短；
（4）VO43-中，V形成4个σ键，孤电子对数为$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，为正四面体结构，由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为+5价，以此判断形成的化合物的化学式．

解答 解：（1）由题意知，钒的核电荷数为23，则可以推知钒在元素周期表中的位置为第4周期ⅤB族，根据核外电子的轨道能量排布顺序知，1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p，因此推断其电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，注意由于4s轨道能量比3d轨道能量低，因此先排4s轨道，因此其价层电子排布式为3d34s2，则电子排布图为，
故答案为：第4周期ⅤB族；；
（2）由晶胞可知，V位于顶点和体心，阳离子个数为1+8×$\frac{1}{8}$=2，O有4个位于面心，2个位于体心，则阴离子个数为4×$\frac{1}{2}$+2=4，
故答案为：4；2；
（3）SO2分子中S原子形成2个σ键，孤电子对数为$\frac{6-2×2}{2}$=1，SO2分子中S原子价层电子对数是3，为V形结构，
SO3气态为单分子，该分子中S原子形成3个σ键，没有孤对电子，则为sp2杂化，
SO3的三聚体中S原子形成4个σ键，为sp3杂化；SO3的三聚体中每个S形成，存在S=O键和S-O键，S=O键长较短，即a较短，该分子中含有σ键数目为3×4=12，
故答案为：3；V形；sp2；sp3；a；12；
（4）VO43-中，V形成4个σ键，孤电子对数为$\frac{5+3-4×2}{2}$=0，为正四面体结构，由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为+5价，则形成的化合物化学式为NaVO3，故答案为：正四面体；NaVO3．

点评 本题为2015年海南选做题，综合考查物质的结构和性质，侧重于学生的分析能力的考查，注意把握杂化类型以及价层电子数的判断，难度中等．

练习册系列答案
相关题目
12．硫酸是工业生产中重要的产品之一，以黄铁矿为原料生产硫酸的简单流程如图所示．

请填写下列空白：
（1）黄铁矿燃烧生成SO2的化学方程式为4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2．
（2）为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装热交换器（填设备名称）；吸收塔中填充有许多瓷管，其作用为增大二氧化硫与浓硫酸的接触面积，有利于二氧化硫的吸收．
（3）为使黄铁矿煅烧充分，常通入过量40%的空气，则煅烧后炉气中SO2的体积分数为0.11（设空气中氧气的体积分数为0.20）；将上述炉气经净化除尘后直接送入接触室，流量为1.00m3•s-1，从接触室导出气体的流量为0.95m3•s-1（同温同压下测定），则SO2的转化率为92.5%．
（4）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐．SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2．SO2吸收Br2的离子方程式为SO2+Br2+2H2O═4H++2Br-+SO42-．
（5）硫酸的用途非常广泛，可应用于bcd（可多选）．
a．橡胶的硫化        b．过磷酸钙的制备
c．铅蓄电池的生产    d．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成．
13．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是（　　）
A．1molCnH2n+2中含有的C-C键数为（n-1）NA
B．4.2 g C3H6中含有的碳碳双键数一定为0.1 NA
C．1 mol-OH中电子数为10 NA
D．标准状况下，2.24 L CHCl3的原子总数为0.5 NA
10．下列反应不属于取代反应的是（　　）
A．淀粉水解制葡萄糖B．石油裂解制丙烯
C．乙醇与乙酸反应制乙酸乙酯D．油脂与浓NaOH反应制高级脂肪酸钠
17．工业上，向500～600℃的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁；向炽热铁屑中通入氯化氢生产无水氯化亚铁．现用如图所示的装置模拟上述过程进行实验．

回答下列问题：
（1）制取无水氯化铁的实验中，A中反应的化学方程式为MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O，装置B中加入的试剂是浓硫酸．
（2）制取无水氯化亚铁的实验中，装置A用来制取HCl．尾气的成分是HCl和H2．若仍用D装置进行尾气处理，存在的问题是发生倒吸、可燃性气体H2不能被吸收．
（3）若操作不当，制得的FeCl2会含有少量FeCl3，检验FeCl3常用的试剂是KSCN溶液．欲制得纯净的FeCl2，在实验操作中应先点燃A处的酒精灯，再点燃C处的酒精灯．
7．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（　　）
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO42-）减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
14．下列有关氯元素及其化合物的表示正确的是（　　）
A．质子数为17、中子数为20的氯原子${\;}_{17}^{20}$Cl
B．氯离子（Cl-）的结构示意图：
C．氯分子的电子式：
D．氯乙烯分子的结构简式：H3C-CH2Cl
2．已二酸是一种重要的有机二元酸，主要用于制造尼龙66纤维和尼龙66树脂，在实验室中可通过环己醇的氧化反应来制备．反应原理：3+8HNO3$\stackrel{一定条件}{→}$3HOOC（CH2）4COOH+8NO↑+7H2O，反应装置（部分夹持装置和热源已省略）如图所示．
实验步骤：
Ⅰ、在60mL三颈烧瓶中加入16.0mL50%硝酸（ρ=1.31g•cm-3）和微量（0.01g）偏钒酸铵，瓶的正口安装电动搅拌器，两侧口分别安装仪器a和b．用仪器b滴加5.3mL环己醇（ρ=0.9624g•cm-3），搅拌器用玻璃搅拌棒，仪器a另一端连接气体吸收装置，用纯碱液作吸收溶液．
Ⅱ、首先将瓶内液体加热到50℃左右，开动搅拌器，滴入环己醇，使反应处于微沸状态．滴加完毕后于90℃左右水浴加热20分钟，至反应完毕．
Ⅲ、趁热倒出瓶中混合液于烧杯内，烧杯置于冰水浴中，静置冷却，析出产品，过滤，用少量冷水洗涤沉淀，干燥后称重．
Ⅳ、将粗产品在水中进行重结晶操作．
请回答下列问题：
（1）仪器a的名称是冷凝管．仪器b在使用前应检查是否漏水．
（2）偏钒酸铵的作用是催化剂．
（3）反应完成后，趁热倒出反应液的目的是反应刚结束的时候，反应液容易倒出，若冷却至室温，己二酸会结晶析出，不容易倒出，造成产品的损失．
（4）本实验中己二酸的理论产量为7.4g．
（5）用纯碱液吸收尾气时发生的相关化学反应为：
2NO2+NaCO3═NaNO2+NaNO3+CO2  ①
NO+NO2+Na2CO3═2NaNO2+CO2  ②
现用1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液吸收尾气，每产生22.4L（标准状况下）CO2时，吸收液质量就增加44g．则吸收液中NaNO2和NaNO3的物质的量之比为5：3．
3．下列实验操作或事实与预期实验目的或所得结论对应正确的是（　　）
选项实验操作或事实实验目的或结论
A淡黄色试液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$红褐色沉淀说明原溶液中一定含所有FeCl3
BCaO$\stackrel{H_{2}O}{→}$Ca（OH）2$\stackrel{Na_{2}CO_{3}}{→}$NaOH用生石灰制备NaOH溶液
C新收集的酸雨$\stackrel{Ba（NO_{3}）_{2}溶液}{→}$白色沉淀酸雨中一定含有SO42-
DH3PO3+2NaOH（足量）-Na2HPO3+2H2OH3PO3属于三元酸
A．AB．BC．CD．D

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