Question

（12分）本题包括A、B两小题，分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修模块的内容。请选定其中一题，并在相应的答题区域内作答。若两题都做，则按A题评分。

A．《物质结构与性质》2010年上海世博会场馆，大量的照明材料或屏幕都使用了发光二极管（LED）。目前市售LED品片，材质基本以GaAs（砷化镓）、AlGaInP（磷化铝镓铟）、InGaN（氮化铟镓）为主。砷化镓的品胞结构如图10。试回答：

图10

（1）镓的基态原子的电子排布式是               。

（2）砷化镓品胞中所包含的砷原子（白色球）个数为            ，与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为               。

（3）下列说法正确的是              （填字母）。

A．砷化镓品胞结构与NaCl相同

B．第一电离能：As>Ga 

C．电负性：As>Ga

D．砷化镓晶体中含有配位键

E．GaP与GaAs互为等电子体

（4）N、P、As处于同一主族，其氢化物沸点由高到低的顺序是               。

（5）砷化镓可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃时制得。（CH₃）₃Ga中镓原子的杂化方式

为                 。

B．《实验化学》某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。

⑴提出假设 

①该反应的气体产物是CO₂。

②该反应的气体产物是CO。

③该反应的气体产物是          。

⑵设计方案  如图11所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。

图11

⑶查阅资料

氮气不与碳、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应制得氮气。

请写出该反应的离子方程式：                          。

⑷实验步骤

①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；

②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；

③停止通入N₂后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水（足量）变浑浊；

④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g；

⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g。

步骤②、④中都分别通入N₂，其作用分别为              。

⑸数据处理

试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式                 。 ⑹实验优化  学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。

①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba(OH)₂溶液，其理由是                    。

②从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案：                              。

 

Answer 1

【答案】

 

A．《物质结构与性质》

（1）l s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹（或[Ar]3d¹⁰4s²4p¹）（2分）

（2）4（2分）      正四面体（2分）

（3）BCDE（2分，写对1个得0分，写对2～3个得1分，有错得0分）

（4）NH₃>AsH₃>PH₃  （2分）

（5）sp²（2分）

B．《实验化学》

⑴CO₂、CO的混合物  ⑶NH₄⁺+NO₂^—     N₂↑+2H₂O

⑷步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO₂，确保完全吸收

⑸2C+Fe₂O₃     2Fe+CO↑+CO₂↑

⑹①Ba(OH)₂溶解度大，浓度大，使CO₂被吸收的更完全；M (BaCO₃)＞M(CaCO₃)，称量时相对误差小。

②在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置

（每空2分，共12分）

【解析】

A．《物质结构与性质》

（1）根据构造原理可知，核外电子排布式为l s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹。

（2）白球位于顶点和面心处，所以个数是8×/8＋6×1/2＝4.根据结构图可知，空间构型为正四面体。

（3）根据氯化钠的晶胞可知A不正确。砷的4p是半充满，稳定性强，所以第一电离能大，B正确。砷的非金属性强于镓的，C正确.砷原子核外含有孤电子对，所以可以形成配位键，D正确。价电子和原子数均相同的称为等电子体，P和As属于同一主族，属于等电子体，E正确。

（4）氨气中含有氢键，所以沸点最高，顺序为NH₃>AsH₃>PH₃。

（5）镓原子的最外层电子数是3个，形成3个单键，没有孤电子对，所以是sp²杂化。

B．《实验化学》

（1）根据假设①②可知，假设③应该是CO₂、CO的混合物。

（3）生成物有氮气，说明是氧化还原反应，反应式为NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。

（4）在实验过程中应防止空气参与反应，所以实验前用氮气排尽装置中的空气。实验结束后，为了把生成的气体全部排出，又需要用氮气排尽生成的气体。

（5）根据⑤可知生成物CO₂的物质的量是，质量是0.88g。根据④可知反应中生成的气体共48.48g+3.2g+2.0g－52.24g＝1.44g，因此CO的质量是1.44g－0.88g＝0.56g，其物质的量是

。即CO和CO₂的体积之比是1︰1。所以反应式为2C + Fe₂O₃2Fe + CO↑ + CO₂↑。

（6）氢氧化钙的溶解度小，溶液的浓度低，吸收CO₂的效果差。氢氧化钡的溶解度大，吸收CO₂的效果要好。且碳酸钡的相对分子质量大于碳酸钙的，称量时误差小。CO有毒，因此要有尾气处理装置。