题目内容

14．Ⅰ．第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需要．天然气水合物是种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O他子．根据上述信息，完成下面两题：
（1）下列关于天然气水合物中两种分子描述正确的是CE．
A．两种都是极性分子                
B．两种都是非极性分子
C．H2O是极性分子，CH4是非极性分子 
D．其中氧原子和碳原子的杂化方式分别为sp2和sp3
E．其中氧原子和碳原子的杂化方式均为sp3
（2）晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为CH4•8H2O或6CH4•48H2O．
Ⅱ．A、B、C、D是短周期元素，它们的离子具有相同的电子层结构，且半径依次减小．A与D的化合物X既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应；B、C组成典型的离子化合物Y，其晶体结构类似于NaCl晶体；A与C以原子个数之比1：1组成化合物Z．
（3）写出Z的电子式；
（4）C元素焰色反应的颜色为黄色；试从原子结构的角度解释其原因加热的条件下钠原子的核外电子吸收能量，电子从基态跃迁到激发态，电子处于激发态不稳定又重新跃迁到基态，在此过程中以光波的形式释放能量；
（5）B、C、D可组成离子化合物CmDBn，其晶体结构单元如图所示．阳离子Cx+（o表示位于正方体的棱的中点和正方体内部（内部有9个o，1个位于体心，另8个位于大正方体被等分为8个小正方体后体心）；阴离子DBnx-（•表示）位于该正方体的顶点和面心．则：x=1、m=3、n=6．已知该晶体的密度为ag/cm3，则该晶体中阳离子间的最近距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{840}{a{N}_{A}}}$．

分析 I．（1）分子结构不对称，正负电荷的中心不重合的分子为极性分子，而结构对称且正负电荷的中心重合的分子为非极性分子，根据价层电子对数判断杂化方式；
（2）每8个笼由46个H2O分子构成框架，其中容纳6个CH4分子和2个H2O分子，可判断每8个笼共48个H2O分子和6个CH4分子，据此推断可表示可燃冰的平均组成的化学式；
Ⅱ．A、B、C、D是短周期元素，它们的离子具有相同的电子层结构，且半径依次减小，A与D的化合物X既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，X是两性氧化物Al2O3，A的离子半径大于D，则A是O元素、D是Al元素；B、C组成典型的离子化合物Y，其晶体结构类似于NaCl晶体，B的离子半径小于氧离子B为非金属元素、C为金属元素，则B是F元素、C为Na元素；A与C以原子个数之比1：1组成化合物Z，则Z是Na2O2，据此解答．

解答 解：I（1）水分子的空间构型为V型结构，正负电荷的中心不重合，属于极性分子；
甲烷的空间构型为正四面体，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子；
水分子中中心原子O的价层电子对数=2+$\frac{6-1×2}{2}$=4，故氧原子为sp3杂化；
甲烷中中心原子C价层电子对数=4+$\frac{4-1×4}{2}$=4，故碳原子为sp3杂化，
故选：CE；
（2）晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，因此6个笼中有6个甲烷分子，水分子46+2=48，共48个H2O，则天然气水合物平均分子组成可表示为CH4•8H2O或6CH4•48H2O，
故答案为：CH4•8H2O或6CH4•48H2O；
Ⅱ．A、B、C、D是短周期元素，它们的离子具有相同的电子层结构，且半径依次减小，A与D的化合物X既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，X是两性氧化物Al2O3，A的离子半径大于D，则A是O元素、D是Al元素；B、C组成典型的离子化合物Y，其晶体结构类似于NaCl晶体，B的离子半径小于氧离子B为非金属元素、C为金属元素，则B是F元素、C为Na元素；A与C以原子个数之比1：1组成化合物Z，则Z是Na2O2．
（1）Z是过氧化钠，过氧化钠中钠离子和过氧根离子之间存在离子键、O原子之间存在共价键，所以其电子式为，
故答案为：；
（2）C是Na元素，其焰色反应为黄色，在加热的条件下钠原子的核外电子吸收能量，电子从基态跃迁到激发态，电子处于激发态不稳定又重新跃迁到基态，在此过程中以光波的形式释放能量，所以其焰色反应呈黄色，
故答案为：黄色；在加热的条件下钠原子的核外电子吸收能量，电子从基态跃迁到激发态，电子处于激发态不稳定又重新跃迁到基态，在此过程中以光波的形式释放能量；
（3）C是Na元素，钠离子带一个单位正电荷，所以x=1，该晶胞中钠离子个数=9+12×$\frac{1}{4}$=12、阴离子个数=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，所以阳离子、阴离子个数之比=12：4=3：1，所以m=3，根据化合价的代数和为0知，n=6，
大立方体体对角线上的钠离子之间的距离最近，设晶体棱长为xcm，则体对角线长度为$\sqrt{3}$xcm，则钠离子最近距离长度为$\frac{\sqrt{3}}{4}$xcm，该晶体的密度为a g/cm3，该晶体为Na3AlF6，晶胞质量为4×$\frac{23×3+17+19×6}{{N}_{A}}$g，则晶胞体积V=4×$\frac{23×3+17+19×6}{{N}_{A}}$g÷a g/cm3=$\frac{840}{a{N}_{A}}$cm3，故晶胞棱长=$\root{3}{\frac{840}{a{N}_{A}}}$，故钠离子最近距离长度为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{840}{a{N}_{A}}}$，
故答案为：1；3；6；$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{840}{a{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及分子极性、杂化轨道、晶胞计算、基态与激发态等知识点，难点是晶胞计算，关键是明确距离最近两个阳离子，需要学生具有一定的空间想象与数学计算能力，题目难度中等．

练习册系列答案
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4．为探究某铁碳合金与浓硫酸在加热条件下反应的部分产物并测定铁碳合金中铁元素的质量分数，某化学活动小组设计了如图所示的实验装置，并完成以下实验探究．往圆底烧瓶中加入mg铁碳合金，并滴入过量浓硫酸，点燃酒精灯．
（1）装置B的作用是检验SO2的存在．
（2）甲同学观察到装置C中有白色沉淀生成．他得出了使澄清石灰水变浑浊的气体是二氧化碳的结论．装置A中能产生二氧化碳的化学方程式为C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O．
（3）乙同学认为甲同学的结论是错误的，他认为为了确认二氧化碳的存在，需在装置B～C之间添加装置M，装置E、F中盛放的试剂分别是酸性KMnO4溶液或溴水（或其他合理答案）、品红溶液．重新实验后观察到装置F中的现象是品红溶液不褪色或无明显现象．
（4 ）有些同学认为合金中铁元素的质量分数可用KMnO4溶液来测定（5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O）
测定铁元素质量分数的实验步骤如下：
I．往烧瓶A中加入过量的还原剂铜粉使溶液中的Fe3+完全转化为Fe2+过滤，得到滤液B；
Ⅱ．将滤液B稀释为250mL；
Ⅲ．取稀释液25.00mL，用浓度为c mol•L-1的酸性KMnO4溶液滴定，三次滴定实验所需KMnO4溶液体积的平均值为VmL．
①步骤Ⅱ中，将滤液B稀释为250mL需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还必须要用到的是250mL容量瓶．
②滴定过程中不需要（填“需要”或“不需要“）加入指示剂．
③铁碳合金中铁元素的质最分数为$\frac{2.8cV}{m}$×100%．
5．构建知识网络体系，有助于知识的有序储存和应用．下图A、B、C、D、E五种物质均含有同一种元素，它们之间有如图转化关系：
（1）若A～E均为化合物，均含有Y元素，A是淡黄色固体；物质的量浓度相等的B、C两溶液中C溶液的pH较小；电解D的水溶液可以生成B和两种气体单质，该反应是工业上生产B的重要反应．
①检验C溶液中含有Y元素的操作方法是用盐酸将铂丝洗净后，放在无色火焰上灼烧至无色，再蘸取碳酸钠溶液放在无色火焰上灼烧，若火焰出现黄色，则说明溶液中有钠元素
②电解D的水溶液时反应的化学方程式为2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2NaOH
（2）若A为气体单质，C、D的相对分子质量相差16，0.1moI．L-lE溶液中只有，3种离子，且溶液中的$\frac{{c（{H^+}）}}{{c（O{H^-}）}}={10^{12}}$．则
①A、B、C、D、E中都含有的元素在周期表中的位置为第二周期第ⅤA族，B的电子式为．
②E→C反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-（稀）═3Cu2++2NO↑+4H2O．
（3）若A为短周期元素组成的固体非金属单质，标况下2.24LC气体通入1L 0.1mo1．L一1的NaOH溶液中，恰好完全反应，测得所得溶液的pH＜7，则反应后溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na+）＞c（HSO3-）＞c（H+）＞c（SO32-）（OH一除外）．
（4）若A为常见金属单质，B、C均为盐，B的水溶液呈酸性，C的水溶液呈碱性，D是一种白色沉淀．若将金属A的粉末与硝酸钠溶液混合后加入足量的氢氧化钠溶液，只产生一种无色、有刺激性气味的且能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，该反应的离子方程式为8Al+3NO3-+5OH-+2H2O=8AlO2-+3NH3↑．
2．常温时在指定条件下的溶液中，下列各组粒子一定能大量共存的是（　　）
A．加入Na2O2后的溶液中：K+、AlO2-、NO3-、SO32-
B．水电离的c（H+ ）=1×10-13 mol•L-1的溶液中：Fe2+、Mg 2+、SO42-、NO3-
C．通入足量SO2后的溶液中：Ba2+、Fe2+、H2SO3、Cl-
D．0.1mol•L-1 KMnO4酸性溶液中：H2O2、NH4+、Br2、SO4 2-
9．、是合成施安卡因（，一种抗心律失学药物）的中间体，分别由如图所示路线合成：，已知氨基（-NH2）、亚氨基（-NH-）均有碱性．
（1）A的分子式为C3H4O2，则A中所含官能团的名称是羧基、碳碳双键．
（2）C→D的反应类型是取代反应，F→G的反应类型是还原反应．
（3）C的系统命名法命名为2-溴丙酸，C与足量NaOH醇溶液共热时反应的化学方程式为；
（4）E→F的化学方程式为；
（5）写出符合下列条件的F的同分异构体的结构简式；
①分子中苯环上有2种不同类型的氢原子．
②具有两性．
③与碳酸氢钠溶液反应生产二氧化碳气体．
19．如图为向25mL0.1•L-1 NaOH溶液中逐滴滴加0.2mol•L-1 CH3COOH溶液过程中溶液pH的变化曲线．AB区间，c（OH-）＞c（H+），则c（OH-）与c（CH3COO-）大小关系是（　　）
A．c（OH-）大于、小于或等于c（CH3COO-）B．c（OH-）一定等于c（CH3COO-）
C．c（OH-）一定小于c（CH3COO-）D．c（OH-）一定大于c（CH3COO-）
6．某化学兴趣小组进行有关电解食盐水的探究实验，电解装置如图1所示．

实验一：电解饱和食盐水．
（1）简述配制饱和食盐水的操作：在烧杯中加入一定量的蒸馏水，边搅拌边加入食盐固体，直到固体不再继续溶解为止
（2）电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑
实验二：电解不饱和食盐水及产物分析．相同条件下，电解1mol•L-1NaCl溶液并收集两极产生的气体．在X处收集到V1mL气体，同时，在Y处收集到V2mL气体，停止电解．结果发现V2＜V1，且与电解饱和食盐水相比，
Y处收集到的气体颜色明显较浅．经讨论分析，导致上述现象的原因有：i．有部分C12溶解于NaCl溶液中；ii．有02生成．
（3）设计实验证明有部分C12溶解于NaCl溶液中．实验方案为取少量石墨电极附近溶液，滴在淀粉KI试纸上，试纸变蓝．
（4）证明有O2生成并测定O2的体积．按如图2所示装置进行实验．通过注射器缓缓地将在Y处收集到的V2mL气体全部推入装置A（盛有足量试剂）中，最终，量气管中收集到V3mL气体（设V1，V2，V3均在相同条件下测得）．
①装置A的作用是完全吸收氯气．
②本实验中，观察到量气管的右侧液面上升的现象，说明石墨电极上有02生成．
③实验中是否需要预先除净装置中的空气？否（填“是”或“否”）．
（5）实验二中，在石墨电极上生成Cl2的总体积为V1-2V3mL（用代数式表示）．
实验反思：
（6）由以上实验推知，欲通过电解食盐水持续地获得较纯净的氯气，电解时应控制的条件：①用饱和食盐水；②控制NaCl溶液的浓度在一定范围内．要进一步证明该推论，还需进行电解不同浓度食盐水的平行实验．
3．A是有机羧酸盐HCOONa，B、C、D是常见化合物；A、B、C、D焰色应呈黄色，水溶液均呈碱性，其中B的碱性最强．X、Y是最常见的氧化物且与人体、生命息息相关，它们的晶体类型相同．C受热分解得到Y、D和X；B与C反应生成D和X．E由两种元素组成，相对分子质量为83，将E投入X中得到B和气体Z，Z在标准状况下的密度为0，76g•L-1．
（1）E晶体中含有的化学键是离子键．
（2）X的沸点比同主族同类型物质要高，原因是水分子间存在氢键．
（3）写出E与X反应的化学方程式Na3N+3H2O=3NaOH+NH3↑．
（4）写出在D的饱和溶液中不断通Y析出C的离子方程式2Na++CO32-+H2O+CO2═2NaHCO3↓．
（5）A的一个重要应用是根据2A→P+H2↑得到P，P溶液中的阴离子通常用CaC12使之沉淀，P的化学式Na2C2O4，此反应是（填“是”或“否”）氧化还原反应．
4．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示．关于该电池的叙述正确的是（　　）
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下气体$\frac{2.42}{6}$L

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