题目内容
5．
A-I为原子序数递增的前4周期的元素，已知A原子的最外层电子是次外层电子数的2倍，D为周期表中电负性最大的元素，F与C位于同一主族，E与G在周期表的位置是上下相连，两元素所在主族中所有元素都是金属，H为应用最广泛的金属；I处于周期表中的第二副族．请回答下列问题：（以下问题中的所有原子都必须在上述元素中寻找）（1）B单质分子中σ与π键数目比为1：2B、C、D第一电离能由小到大的顺序为O＜N＜F（填写元素符号）
（2）H元素原子的价层电子排布式为3d64s2，H3+离子可以与上述元素中的三种形成的某阴离子生成血红色络合物；该阴离子又与A-I元素中的某些原子形成的分子互为等电子体，这种分子的化学式为CO2等（写一种即可），该阴离子空间构型为直线型．
（3）D与G可以形成如图的晶胞，则黑点表示的是Ca元素（填写元素符号），该元素原子在该晶胞中的配位数为8
（4）若将上述晶胞圆圈对应的原子所在上下两层平面原子，按两条相互垂直的对角线上各去掉该原子2个（共去掉4个），并将小点和圆圈对应的元素更改为另外两种元素，则这个晶胞化学式为ZnS，若再将留下的所有原子换成另外一种新元素的原子，则成为另外一种晶胞，该晶胞中成键原子键角为109°28′．
（5）已知，F单质晶体的原子堆积为ABAB型，那么，该晶体的空间利用率为74.05%如果F单质的摩尔质量为M，晶胞棱长为a，晶胞高度为c则，该晶体密度表达式为$\frac{2M}{N{\;}_{A}ca{\;}^{2}sin60°}$．（阿伏加德罗常数用NA表示，不化简）如果F的原子半径为R，用R表示的晶胞高度为$\frac{4\sqrt{6}R}{3}$．
分析 A-I为原子序数递增的前4周期的元素，已知A原子的最外层电子是次外层电子数的2倍，则A原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，则A为碳元素；D为周期表中电负性最大的元素，则D为氟元素；H为应用最广泛的金属，则H为Fe；I处于周期表中的第二副族，则I为Zn．E与G在周期表的位置是上下相连，两元素所在主族中所有元素都是金属，结合原子序数可知，处于ⅡA族，E为Mg、G为Ca；结合原子序数可知，B为N元素、C为O元素；F与C位于同一主族，F的原子序数小于Ca，则F为S元素，据此解答．
解答 解：A-I为原子序数递增的前4周期的元素，已知A原子的最外层电子是次外层电子数的2倍，则A原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，则A为碳元素；D为周期表中电负性最大的元素，则D为氟元素；H为应用最广泛的金属，则H为Fe；I处于周期表中的第二副族，则I为Zn．E与G在周期表的位置是上下相连，两元素所在主族中所有元素都是金属，结合原子序数可知，处于ⅡA族，E为Mg、G为Ca；结合原子序数可知，B为N元素、C为O元素；F与C位于同一主族，F的原子序数小于Ca，则F为S元素，
（1）B单质为N2，分子中形成N≡N三键，含有1个σ键、2个π键，σ与π键数目比为1：2；同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，但N元素2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于氧元素，故N、O、F第一电离能由小到大的顺序为O＜N＜F，
故答案为：1：2；O＜N＜F；
（2）H为Fe元素，原子的价层电子排布式为3d64s2，Fe3+离子可以与上述元素中的三种形成的某阴离子生成血红色络合物，该阴离子为SCN-，又与A-I元素中的某些原子形成的分子互为等电子体，等电子体含有相同的原子数目与价电子总数，该分子为CO2等，价电子总数相同的等电子体空间结构相似，故SCN-与CO2的空间结构相似为直线型，
故答案为：3d64s2；CO2等；直线型；
（3）F与Ca可以形成CaF2，其晶胞中黑色球数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，白色球数目=8，故黑色球代表Ca元素，由晶胞结构可知，应该F原子周围有4个Ca原子，即F原子配位数为4，则该Ca原子在该晶胞中的配位数为8，
故答案为：Ca；8；
（4）若将上述晶胞圆圈对应的原子所在上下两层平面原子，按两条相互垂直的对角线上各去掉该原子2个（共去掉4个），则圆圈数目为4，黑色球数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中原子数目为1：1，并将小点和圆圈对应的元素更改为另外两种元素，符合ZnS的立方结构，则这个晶胞化学式为ZnS，
若再将留下的所有原子换成另外一种新元素的原子，则成为另外一种晶胞，由晶胞结构（类似金刚石结构）可知，每个原子周围连接4个原子，形成正四面体型，该晶胞中成键原子键角为109°28′，
故答案为：ZnS；109°28′；
（5）已知，S单质晶体的原子堆积为ABAB型，为六方最密堆积，晶胞如图：
，
D、C′、A′、B′彼此原子相邻，构成正四面体结构，晶胞的高度为该正四面体高的2倍，如果F的原子半径为R，则DA′长为2R，正四面体的高DM，M为正三角形A′B′C′的中心，则A′M的长为 $\frac{2}{3}$×（2R×$\frac{\sqrt{3}}{2}$ ）=$\frac{2\sqrt{3}R}{3}$，则DM的长=$\sqrt{（{2R）}^{2}-（\frac{2\sqrt{3}R}{3}）^{2}}$=$\frac{2\sqrt{6}R}{3}$，故晶胞的高度=2×$\frac{2\sqrt{6}R}{3}$=$\frac{4\sqrt{6}R}{3}$；
S（△A′B′C′）=$\frac{1}{2}$×2R×2R×sin60°=$\sqrt{3}$R2，故底面面积为2 $\sqrt{3}$R2，晶胞的体积=2 $\sqrt{3}$R2×$\frac{4\sqrt{6}R}{3}$=8 $\sqrt{2}$R3，晶胞中含有原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，故原子总体积=2×$\frac{4}{3}$×πR3，故晶胞空间利用率=$\frac{2×\frac{4}{3}π{R}^{3}}{8\sqrt{2}{R}^{3}}$×100%=74.05%；
如果F单质的摩尔质量为M，晶胞的质量=$\frac{2M}{N{\;}_{A}}$，晶胞棱长为a，则S（△A′B′C′）=$\frac{1}{2}$×a×a×sin60°=$\frac{1}{2}$ a2sin60°，故底面面积为a2sin60°，晶胞高度为c，则晶胞体积=ca2sin60°，故晶体密度=$\frac{\frac{2M}{N{\;}_{A}}}{ca{\;}^{2}sin60°}$=$\frac{2M}{N{\;}_{A}ca{\;}^{2}sin60°}$，
故答案为：74.05%； $\frac{2M}{N{\;}_{A}ca{\;}^{2}sin60°}$； $\frac{4\sqrt{6}R}{3}$．
点评 本题考查物质结构与性质，涉及核外电子排布、电离能、晶胞结构与计算等，题目计算量大，对学生的空间想象与数学计算有较高的要求，（4）（5）为易错点、难点，理解晶胞结构是关键，难度较大．
（1）甲醇分子是极性分子（填“极性”或“非极性”）．
（2）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H2，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的$\frac{3}{5}$．
①达到平衡时，CO的转化率为60%
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有ce
a．2v（H2）=v（CH3OH）
b．CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率
c．容器内的压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
e．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（3）已知在常温常压下：
①2CH3OH（1）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-akJ•mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-bkl•mol-1
③H2O（g）═H2O（1）△H=-ckJ•mol-1
则CH3OH（1）+O2（g）═CO（g）+2H2O（1）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol-1
（4）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如表离子的溶液．
| 离子 | Cu2+ | H+ | Cl- | SO42- |
| 浓度（c/mol•L-1） | 0.5 | 2 | 2 | 0.5 |
已知室温下，某些弱酸的电离常数如下：| CH3COOH | H2CO3 | HClO | |
| 电离平衡常数 | 1.7×10-5 | Ka1=4.2．×10-7 Ka2=5.6．×10-11 | 3×10-8 |
a．盐酸溶液 b．硫酸溶液 c．次氯酸溶液 d．醋酸溶液
①H+由大到小的顺序是：b、a、d、c（填字母）
②等体积a、b、d三种溶液与足量的锌完全反应，在相同的条件下，生成氢气的体积关系为b＞a=d或b=2a=2d（用字母及“＞”“＜”“=”表示）
③欲降低稀硫酸与足量锌生成氢气速率，但不影响产生氢气的物质的量，下列措施可行的是abd
a．加水稀释 b．加入Na2SO4溶液 c．加入Na2CO3固体 d．加入CH3COONa固体
（2）某温度下pH均为4的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释，pH随溶液体积变化如图所示，其中表示醋酸的曲线是b，该醋酸溶液稀释过程中，下列各量一定变小的是AC
A．c（H+） B.$\frac{c（C{H}_{3}COOH）．c（O{H}^{-}）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$ C.$\frac{c（C{H}_{3}COOH）}{c（{H}^{+}）}$
（3）新制饱和氯水中存在Cl2+H2O?HCl+HClO，为使HClO浓度增大，下列措施可行的B
A．加少量NaOH固体 B．加CaCO3固体 C．加NaCl固体．
| A． | 硫酸铁 | B． | 硫酸铜 | C． | 硫酸 | D． | 硫酸亚铁 |
（1）已知：CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H1=-820kJ/mol
CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ/mol
2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=-566kJ/mol则反应的
CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=+229.6kJ/mol
（2）工业上，可利用太阳能以CO2为原料制取C，其原理如图1所示：整个过程中FeO（填“Fe3O4”或“FeO”）是反应的催化剂．重整系统中发生的反应为：6FeO+CO2$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe3O4+C每生成1mol Fe3O4，转移电子的物质的量为2mol．
（3）CO2还可用于合成甲醇，反应方程式为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H＜0
①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②在恒容的密闭容器中，加入H2和CO2的混合气体，不同温度条件，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数（CH3OH）如图2所示．图中A、B、C、D、E五个点对应的状态中，处于平衡状态的是C、D、E（填字母），B点和E点的反应速率大小关系为v（B）＜v（E）（填“＞”、“＜”、“=”）．
③一定温度下，在甲、乙两个容积相同的恒容密闭容器中，加入H2和CO2的混合气体．
| 容器 | 甲 | 乙 |
| 反应物投入量 | 1molCO2、3molH2 | a molCO2、b molH2、c molCH3OH（g）、c molH2O（g） |
| A． | NaHCO3 的水溶液：NaHCO3═Na++H++CO32- | |
| B． | 熔融状态的NaHSO4：NaHSO4═Na++HSO4- | |
| C． | HF的水溶液：HF═H++F- | |
| D． | H2S 的水溶液：H2S?2H++S2- |
| 化合物 | 甲 | 乙 | 丙 | 丁 |
| 组成元素 | B、C | A、C | A、D | C、D |
（1）丙物质的化学式为NaH，丁物质中阴离子与阳离子的个数之比为1：2．
（2）研究表明乙物质具有弱酸性，则乙物质在水中的电离方程式为H2O2?H++HO2-．
（3）某同学设计了一个以结构简式为 BA3-CA的物质为燃料的电池，并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，其装置如图1：
①写出ⅰ中通入该物质这一极的电极反应式CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
②理论上ⅱ中两极所得气体的体积随时间变化的关系如坐标图2所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t1后，石墨电极上的电极反应式2 H2O-4e-=O2↑+4 H+；；原混合液中CuSO4溶液物质的量浓度为0.1 mol/L．
| 实验目的 | 实验操作 | |
| A | 称取2.0gNaOH固体 | 先在托盘上各放一张滤纸，然后在右盘上添加2g砝码，左盘上添加NaOH固体 |
| B | 制备Fe（OH）3胶体 | 向氯化铁饱和溶液中逐滴加入少量NaOH溶液，加热煮沸至液体变为红褐色 |
| C | 证明碳酸的酸性强于硅酸 | CO2通入Na2SiO3溶液中，析出硅酸胶体 |
| D | 萃取碘水中的碘 | 将碘水倒入分液漏斗，然后再注入酒精，振荡，静置分层后，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出 |
| A． | A | B． | B | C． | C | D． | D |