题目内容
【题目】氢、氮、氧、硫、镁、铁、铜、锌等元素及其化合物在人们的日常生活中有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)某同学根据已学知识,推断 Mg 基态原子的核外电子排布为,该同学所画的电子排布图违背了____
(2)Cu 位于____族____区,Cu+价电子排布式为____。
(3)MgCO3的分解温度____ BaCO3(填“>” 或、“<”)
(4)Ge、As、Se 元素的第一电离能由大到小的顺序为____
(5)已知 H3BO3 是一元酸,1molH3BO3 在水中完全电离得到的阴离子中含有σ键的数目为____
(6)下列有关说法不正确的是____。
A.热稳定性:NH3 >PH3,原因是NH3分子间存在氢键,而PH3分子间存在范德华力
B.SO2 与 CO2 的化学性质有些类似,但空间结构与杂化方式不同
C.熔、沸点: SiF4< SiCl4< SiBr4 <SiI4 ,原因是分子中共价键键能逐渐增大
D.熔点: CaO > KCl > KBr,原因是晶格能逐渐减小
(7)晶体 Cu 的堆积方式如图所示,其中Cu原子在二维平面里放置时的配位数为_________,设Cu原子半径为a,晶体的空间利用率为______。(用含π,a、的式子表示,不必化简)
【答案】泡利原理 IB ds 3d10 < As>Se>Ge 8 NA(或 8×6.02×1023) AC 12
【解析】
(1)Mg的3s轨道上的两个电子自旋方向相同;
(2)基态Cu的价电子排布式为3d104s1;
(3) 分解生成的MgO、BaO均为离子晶体,离子所带电荷相同,离子半径越小,晶格能越大,越稳定,反应越容易进行;
(4) 第一电离能在主族元素中同周期从左到右呈上升趋势;
(5) H3AO3为一元弱酸,与水形成配位键,电离出[A(OH)4]-与氢离子;
(7)晶体 Cu 的堆积方式为面心立方最密堆积。
(1) 电子排布图中3s能级,2个电子自旋方向相同,违背泡利原理;
(2) 基态Cu的价电子排布式为3d104s1,Cu 位于第四周期的IB族ds区,Cu+价电子排布式为3d10;
(3) MgO、BaO均为离子晶体,离子所带电荷相同,Mg2+、Ba2+的半径依次增大,MgO的晶格能大于BaO的晶格能,导致MgCO3的分解温度小于BaCO3的分解温度;
(4) Ge、As、Se为同周期主族元素,核电荷数依次递增,第一电离能呈增大趋势,但As的4p转道为半充满结构相对稳定,第一电离能比Se大,则Ge、As、Se 元素的第一电离能由大到小的顺序为:As>Se>Ge;
(5) H3AO3为一元弱酸,与水形成配位键,电离出[A(OH)4]-与氢离子,[A(OH)4]-的结构式为单键均为σ键,则1mol[A(OH)4]-中含有σ键的数目为8 NA(或 8×6.02×1023);
(6) A.N的非金属性比P强,则热稳定性:NH3 >PH3,稳定性的差异与NH3分子间存在氢键无关,故A错误;
B.SiO2与CO2都是酸性氧化物,所以化学性质相似;SiO2是正四面体结构,采用sp3杂化,CO2是直线结构,采用sp2杂化,故B正确;
C.SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4都是分子晶体,结构相似,影响它们熔、沸点高低的主要因素是分子间作用力,不是化学键强弱,故C错误;
D.CaO、KCl、KBr都是离子晶体,影响熔、沸点高低的主要因素离子键,离子键强弱用晶格能来衡量,离子键越强晶格能越大。CaO的阴阳离子半径小、所带电荷多,所以离子键最强,晶格能最大;KBr的阴阳离子半径大、所带电荷少,所以离子键最弱,晶格能最小,故D正确;
故答案为AC;
(7) 晶体 Cu 的堆积方式为面心立方最密堆积,与Cu原子接触的硬球有3层,每层有4个与之等径且最近,因此晶体中Cu的配位数为4×3=12;对于面心立方最密堆积的晶胞而言,一个晶胞中含有的粒子个数为8×+6×=4,Cu原子半径为a,则晶胞内硬球的体积总和为V球=4×πa3,根据面心立方最密堆积的硬球接触模型,设晶胞参数为b,根据立体几何知识,存在关系:b=4a,则b=2a,因此晶胞的体积为V晶胞=(2a)3,所以,晶胞的空间利用率=×100%=。
【题目】以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点,但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命。
(1)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应:
主反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H=+49 kJmol-1
副反应:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41 kJmol-1
①甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2和CO,则该反应的化学方程式为_________________________,既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________________。
②分析适当增大水醇比(nH2O∶nCH3OH)对甲醇水蒸气重整制氢的好处_________________________。
③某温度下,将nH2O∶nCH3OH =1∶1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,则平衡时甲醇的转化率为_________________________。(忽略副反应)
(2)工业常用CH4 与水蒸气在一定条件下来制取H2,其原理为:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=+203kJ·mol-1
①该反应的逆反应速率表达式为; V逆=k·c(CO)·c3(H2),k为速率常数,在某温度下,测得实验数据如表:
CO浓度(mol·L-1) | H2浓度(mol·L-1) | 逆反应速率(mol·L-1·min-1) |
0.05 | C1 | 4.8 |
c2 | C1 | 19.2 |
c2 | 0.15 | 8.1 |
由上述数据可得该温度下,上述反应的逆反应速率常数k 为__________L3·mol-3·min-1。
②在体积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol 的CH4和水蒸气,在一定条件下发生上述反应,测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示,则压强Pl_____P2(填“大于”或“小于”)温度T3_______T4(填“大于”或“小于”);压强为P1时,在N点; v正_______v逆(填“大于”或“小于”或“等于”)。求N点对应温度下该反应的平衡常数 K=_____________________。