题目内容

17．2013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献．这种模型可以用量子化学计算小区间内（如生物固氮酶转化）的化学反应．
（1）固氮酶有由铁蛋白和钼铁蛋白两种，它们不仅能够催化N2还原成NH3，还能将环境底物乙炔（HC=CH）催化还原成乙烯．
①乙炔是非极性（填“非极性”或“极性”）分子．
②碳负离子CH3-的空间构型为三角锥形．
③根据等电子原理，NO+的电子式为．
（2）钒可合成电池电极也可人工合成的二价钒（V）固氨酶（结构如图1）
①V2+基态时核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3．
②钒固氨酶中钒的配位原子有N、S（写元素符号）．
（3）烟酰胺（结构式如图②）可用于合成光合辅酶NADPH，烟酰胺分子中氨原子的杂化轨道类型有sp2、sp3，lmol该分子中含σ键数目为15NA．
（4）金属钨单质是一种体心立方结构，若实验测得晶胞的边长为a nm，则列式表示金属钨的密度为$\frac{2×183.9}{（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm-3（不必计算出结果，阿伏伽德罗常数为NA）．（钨的相对原子质量是183.9）
（5）12g石墨烯（结构如图③）中含有的正六边形数目约为0.5NA；请你预测硅是否容易形成类似石墨烯的结构，并说明理由：不容易，Si原子半径较大，3p轨道不易重叠形成π键．

分析 （1）①乙炔是为直线型对称结构，分子中正负电荷重心重合；
②计算CH3-离子中C原子价层电子对数、孤电子对数，进而确定其空间构型；
③等电子体结构相似，NO+与氮气互为等电子体，NO+中N原子与O原子之间形成3对共用电子对；
（2）①V元素原子核外电子数为23，失去最最高能层中最高能级电子形成V2+；
②由图可知，钒固氨酶中钒的配位原子有S与N；
（3）由烟酰胺结构式可知，分子中氨基中N原子成3个σ键、含有1对孤电子对，而环中N原子成2个σ键、含有1对孤电子对，据此确定N原子杂化方式；单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，注意利用H原子饱和C的四价结构；
（4）金属钨单质是一种体心立方结构，利用均摊法计算晶胞之间W原子数目，进而计算晶胞质量，计算晶胞体积，根据密度=质量÷体积计算钨的密度；
（5）由石墨烯的结构图可知，每个碳原子为3个正六边形共有，则一个正六边形含有6×$\frac{1}{3}$=2，计算12石墨烯中碳原子数目，进而计算含有的正六边形数目；Si原子半径比碳原子半径大，3p轨道不易重叠形成π键．

解答 解：（1）①乙炔是为直线型对称结构，分子中正负电荷重心重合，属于非极性分子，
故答案为：非极性；
②CH3-离子中C原子价层电子对数为3+$\frac{4+1-1×3}{2}$=4、含有1对孤电子对数，其空间构型为三角锥形，
故答案为：三角锥形；
③NO+与氮气互为等电子体，NO+中N原子与O原子之间形成3对共用电子对，其电子式为，
故答案为：；
（2）①V元素原子核外电子数为23，失去最最高能层中最高能级电子形成V2+，V2+基态时核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d3，
故答案为：1s22s22p63s23p63d3；
②由图可知，钒固氨酶中钒的配位原子有S与N，故答案为：N、S；
（3）由烟酰胺结构式可知，分子中氨基中N原子成3个σ键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，采取sp3杂化，而环中N原子成2个σ键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目为3，采取sp2杂化；
分子中含有4个C-H键、2个N-H键、3个C-C键、，2个C-N键、4个双键，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，故分子中含有σ键为15，故lmol该分子中含σ键数目为15NA，
故答案为：sp2、sp3；15NA；
（4）金属钨单质是一种体心立方结构，晶胞之间W原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞质量为2×$\frac{183.9}{{N}_{A}}$g，胞体积为（a×10-7cm）3，则钨的密度为2×$\frac{183.9}{{N}_{A}}$g÷（a×10-7cm）3=$\frac{2×183.9}{（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm3，
故答案为：$\frac{2×183.9}{（a×1{0}^{-7}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm3；
（5）12g石墨烯中碳原子的物质的量为$\frac{12g}{12g/mol}$=1mol，由石墨烯的结构图可知，每个碳原子为3个正六边形共有，则一个正六边形含有6×$\frac{1}{3}$=2，则含有的正六边形数目为1mol×$\frac{1}{2}$×NAmol-1=0.5NA；Si原子半径比碳原子半径大，3p轨道不易重叠形成π键，硅不容易形成类似石墨烯的结构，
故答案为：0.5NA；不容易，Si原子半径较大，3p轨道不易重叠形成π键．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及分子结构与性质、等电子体、核外电子排布、配合物、化学键、杂化轨道、晶胞计算等，需要学生具备知识的基础与迁移运用能力，难度中等．

练习册系列答案
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7．工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题．
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●-●、○-○、分别表示N2、H2、NH3．图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是N2、H2被吸附在催化剂表面、在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂．
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（4）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下三种方法处理：
方法一：碱液吸收法：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O；2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2；
方法二：NH3还原法：8NH3+6NO2    7N2+12H2O（NO也有类似的反应）
方法三：甲烷吸收法：CH4（g）+2NO2（g）=CO2（g）+N2（g）+2H2O（g）△H=+867kJ•mol-1（NO也有类似的反应）．
上述三种方法中方法一最大的缺点是单独的NO不能被吸收；方法三和方法二相比，优点是甲烷比氨价格便宜，缺点是耗能高．
（5）某化肥厂用NH3制备NH4NO3．已知：由NH3制NO的产率是94%、NO制HNO3的产率是89%，则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其它损耗）的54.4%．
8．将一定量的NaOH和NaHCO3的混合物放在密闭的容器中加热，充分反应后生成CO2的体积为2.24L．将反应后的固体残渣与过量的稀盐酸反应，又生成3.36L的CO2．（以上或以下气体体积均为标准状况时的体积），下列判断正确的是（　　）
A．原固体混合物中NaHCO3的物质的量为0.2mol
B．固体残渣的成分为NaOH和Na2CO3的混合物
C．原固体混合物中NaOH和NaHCO3的物质的量之比为2﹕5
D．原固体混合物中加入过量盐酸会放出5.6L气体
5．某元素R原子最外层电子数为电子总数的$\frac{1}{3}$，该元素的氧化物可能是（　　）
A．R2OB．R2O2C．RO2D．R2O5
12．A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素，A的最外层电子数是次外层电子数的2倍，B是地壳中含量最多的元素，C是短周期中金属性最强的元素，D是同周期中阳离子半径最小的元素，E的最外层电子数与内层电子数之比为3：5，请用相关的化学用语回答下列问题：
（1）F在周期表中位于第三周期ⅦA族．
（2）B、C按原子数之比1：1形成的化合物属于离子化合物（填“离子”或“共价”），该化合物的电子式．
（3）AB2分子的电子式，空间构型直线型，属于非极性分子（填“极性”或“非极性”）
（4）B所在族的元素形成的气态氢化物中，沸点最低的物质是H2S（填化学式）．
（5）写出D的单质与C的最高价氧化物对应水化物的溶液反应的离子方程式：2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑．
（6）C、D、E、F形成的简单离子半径由大到小的顺序为S2-＞Cl-＞Na+＞Al3+（用离子符号表示）．
2．某酯（H）是一种合成多环化合物的中间体，可由下列路线合成（部分反应条件略去）：

（1）A→B的反应类型是加成反应，B→C为加成反应，则化合物M的结构简式是CH3OH；
（2）H中除了羰基（）外，含有的官能团名称是碳碳双键、酯基；
（3）实验室制A的化学方程式为CaC2+2H2O═Ca（OH）2+C2H2↑；
（4）E→F的化学方程式是CH3C≡CCOOH+HOCH2CH3$→_{△}^{浓硫酸}$CH3C≡CCOOCH2CH3+H2O；
（5）下列说法正确的是bd
a．D和F中均属于炔烃类物质           
b．A能和HCl反应得到聚氯乙烯的单体
c.1mol G完全燃烧生成7mol H2O　　    
d．H能发生加成、取代反应
（6）TMOB是H的同分异构体，具有下列结构特征：①核磁共振氢谱表明，分子中除苯环外，其它氢原子化学环境相同；②存在甲氧基（CH3O-）．TMOB的结构简式是．
9．A、B、C分别是由H、C、O、N、Na、Cu六种元素中的两种或多种元素组成的化合物．现对A、B、C三种化合物分别做以下实验：
A是一种蓝色固体，B是无色晶体，其式量为68，C是白色固体，分别取A、B、C三种物质少量于三支试管中，加适量水溶解，发现A不溶于水，B、C都能溶于水，并且用pH试纸测定，B与C的水溶液都显碱性．
（1）取A物质少量于一支试管中，后加适量稀盐酸溶解，并用酒精灯微热，发现固体溶解时，伴有气泡产生．将56.8gA隔绝空气加热分解生成40g黑色固体X、无色酸性气体Y（标准状况下，密度为1.96g/L）和水，生成的Y折合成标准状况下的体积为6.72L，则A的化学式为Cu5（OH）4（CO3）3或Cu5C3H4O13．
（2）取B的水溶液2ml与新制Cu（OH）2混合加热，发现能出现砖红色沉淀，则物质B为HCOONa．
（3）取16.8gC固体加强热，将生成的气体依次通过经称量过的装CaCl2固体的干燥管和装足量Ba（OH）2水溶液的洗气瓶，后经再次称量发现干燥管增重1.8g，洗气瓶增重4.4g．写出C物质加入水后的溶液显碱性的原因NaHCO3溶液中存在平衡：HCO3-?H++CO32-、HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，HCO3-水解程度大于电离程度，溶液显示碱性．（用离子方程式和必要文字解释）
6．下列实验能证明某溶液中含铵根离子的是（　　）
A．向溶液中加入石蕊试液后，呈蓝色
B．向溶液中加入酚酞试液后，呈红色
C．将溶液在试管中加热至沸腾，试管口放置的红色石蕊试纸变蓝色
D．将溶液中加入过量烧碱溶液加热至沸腾，试管口放置的红色石蕊试纸变蓝色
7．一辆运送化学物品的槽罐车侧翻，罐内15t苯泄入路边的水渠，下列叙述有科学性错误的是（　　）
A．如果大量苯溶入水中渗入土壤，会对周边农田、水源造成严重污染
B．可以采取抽吸水渠中上层液体的办法，达到部分清除泄漏物的目的
C．由于苯是一种易挥发、易燃的物质，周围地区如果有一个火星就可能引起爆炸
D．事故发生地周围比较空旷，有人提议用点火焚烧的办法来清除泄漏物，会产生大量浓烟，所以该方法未被采纳

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