Question

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．雷尼镍（Raney-Ni）是一种历史悠久、应用广泛的催化剂，由镍-铝合金为原料制得．
（1）元素第一电离能：Al

 

Mg（选填：“＞”、“＜”、“=”）
（2）雷尼镍催化的一实例为：化合物b中进行sp³杂化的原子有：

 

．
（3）一种铝镍合金的结构如下图，与其结构相似的化合物是：

 

（选填序号：a．氯化钠  b．氯化铯  c．石英  d．金刚石）．
（4）实验室检验Ni2+可用丁二酮肟与之作用生成腥红色配合物沉淀．
①Ni²⁺在基态时，核外电子排布式为：

 

．
②在配合物中用化学键和氢键标出未画出的作用力（镍的配位数为
B．4-氯苯胺是合成橡胶、化学试剂、染料、色素等化工产品，制备4-氯苯胺的原理如下：
．在1L密闭容器中加入4-氯硝基苯100g、雷尼镍（催化剂）及少量吗啉（脱氯抑制剂，）、甲醇250mL（溶剂），密封；先充入氮气，然后充入氢气至一定压力．在所需氢气压力、温度等条件下加氢反应，充分反应后，冷却，过滤，洗涤，蒸馏并收集64～65℃馏分．
（1）开始时先通入N₂的目的是

 

．
（2）上述实验中过滤的目的是

 

，洗涤所用的试剂是

 

．
（3）蒸馏时除用到接引管、锥形瓶、温度计外，还用到的玻璃仪器有：

 

、

 

．馏出液的主要成分是

 

．
（4）以下是温度、氢气压力、催化剂用量及吗啉的用量对反应的影响．

	表1温度					表2氢气压力					表3催化剂用量					表4吗啉用量
序号	温度/℃	转化率/%	选择 性/%	反应时间/h	序号	氢气压力/MPa	选择性/%	反应时间/h	序号		雷尼镍用量/g	选择性/%	反应时间/h	序号	吗啉用量/%	选择性/%
①	40	未完全	99.6	6	①	0.5	99.6	3.7	①		2	98.25	5	①	0.0	84.3
②	60	100	99.7	4	②	1.0	99.7	2	②		4	99.20	2.2	②	0.3	99.3
③	80	100	99.6	2.45	③	1.5	99.2	1.6	③		6	99.60	1.9	③	0.5	99.7
④	100	100	99.6	2	④	2.0	96.4	1.15	④		8	99.60	1.4	④	0.7	99.6
⑤	120	100	98.6	1.7	⑤				⑤		10	99.10	1.4	⑤	1.2	99.7

优化的条件是：温度、氢气压力、催化剂用量、吗啉用量，选择的序号依次是

 

．

Answer 1

分析：A、（1）Mg元素原子的3s能级容纳2个电子，为全满稳定状态，能量降低；
（2）苯环中存在大π键，碳原子杂化数为2，采取sp²杂化，侧链中C、O、N原子根据成的单键数目与孤对电子确定杂化轨道数目判断杂化方式；
（3）由图可知铝镍合金的晶胞结构中，Ni原子数目为1，Al原子数目为8×

1

8

=1，为AlNi，每个Ni原子周围有8个Al原子，每个Al原子周围有8个Ni原子，据此结合选项中各物质的晶胞结构判断；
（4）①根据核外电子排布规律书写，注意原子形成阳离子先失去高能层的电子；
②Ni²⁺含有空轨道，N原子含有孤对电子对，N原子与Ni²⁺形成配位键，氧原子与氢原子之间形成氢键；
B、（1）装置中含有空气，生成的4-氯苯胺容易被氧化，氢气和氧气混合受热容易爆炸；
（2）催化剂雷尼镍是固体，过滤分离出催化剂；
由题目可知，甲醇在反应中起溶剂的作用，催化剂上附着4-氯硝基苯等，可以用甲醇洗涤；
（3）蒸馏时用到比例仪器有：接引管、锥形瓶、温度计、蒸馏烧瓶、冷凝管；
蒸馏并收集64～65℃馏分，主要是将溶剂甲醇分离出来；
（4）温度主要考虑选择性与转化率，在转化率为100%的情况下，选择性相差不大，主要考虑反应速率；
压强主要考虑选择性，在选择性相差不大的情况下，主要考虑反应时间；
催化剂主要考虑选择性，在选择性相差不大的情况下，主要考虑催化剂用量与反应速率；
吗啉用量考虑选择性高、用量少．

解答：解：A、（1）Mg元素原子的3s能级容纳2个电子，为全满稳定状态，能量降低，第一电离能高于同周期相邻的元素，故第一电离能Al＜Mg，故答案为：＜；
（2）苯环中存在大π键，碳原子杂化数为2，采取sp²杂化，侧链中C原子成4个单键，杂化轨道数为4，采取sp³杂化，O原子成2个单键，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，采取sp³杂化，N原子成3个单键，含有1对孤对电子，杂化轨道数为4，采取sp³杂化，故答案为：C、N、O；
（3）由图可知铝镍合金的晶胞结构中，Ni原子数目为1，Al原子数目为8×

1

8

=1，为AlNi，每个Ni原子周围有8个Al原子，每个Al原子周围有8个Ni原子，
a．氯化钠中每个钠离子周围有6个氯离子，每个氯离子周围有6个钠离子，不符合；
b．氯化铯中每个铯离子周围有8个氯离子，每个氯离子周围有8个铯离子，符合；
c．石英为空间立体网状结构，硅原子周围有4个氧原子，氧原子周围有2个硅原子，不符合；
d．金刚石为空间立体网状结构，每C原子周围有4个C原子，不符合；
故答案为：b；
（4）①Ni原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，失去4s能级的2个电子形成Ni²⁺，基态时Ni²⁺核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；
②Ni²⁺含有空轨道，N原子含有孤对电子对，N原子与Ni²⁺形成配位键，不同分子中氧原子与氢原子之间形成氢键，如图所示：，故答案为：；
B、（1）装置中含有空气，生成的4-氯苯胺容易被氧化，氢气和氧气混合受热容易爆炸，开始通入氮气除去装置中的空气，防止生成的4-氯苯胺被氧化，防止氢气和氧气混合受热爆炸，
故答案为：除去装置中的空气，防止生成的4-氯苯胺被氧化，防止氢气和氧气混合受热爆炸；
（2）催化剂雷尼镍是固体，过滤分离出催化剂，由题目可知，甲醇在反应中起溶剂的作用，催化剂上附着4-氯硝基苯等，可以用甲醇洗涤，故答案为：分离出催化剂，甲醇；
（3）蒸馏时用到比例仪器有：接引管、锥形瓶、温度计、蒸馏烧瓶、冷凝管，蒸馏并收集64～65℃馏分，主要是将溶剂甲醇分离出来，蒸馏出的馏分主要是甲醇，故答案为：蒸馏烧瓶、冷凝管，甲醇；
（4）由表中数据可知，在转化率为100%的情况下，60℃、80℃、100℃选择性相差不大，100℃反应时间最短，反应速率更快，120℃反应速率变化不大，选择性降低较多，故选择100℃较好，
压力为2.0MPa，选择性较0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa低很多，在1.0MPa时选择性最高，反应速率较快，故选择压力为1.0MPa较好，
由表中数据可知，催化剂在6g、8g时选择性最高，8g时速率加快不是很多，增大了催化剂的用量，故选择催化剂为6g相等较好，
由表中数据可知，吗啉用量为0.5%、1.2%选择性最高，选择吗啉用量较少的0.5%较好，
故答案为：④②③③．

点评：本题为拼合型题目，包含化学实验与物质性质与结构，题目综合性较大，考查知识点有电离能、杂化轨道、晶胞结构、化学键、核外电子排布规律以及实验基本操作等，题量大、阅读量大，需要学生具有良好的心理素质，实验考查有机化学实验，中学中接触很少，比较陌生，为易错点、难点．