Question

【题目】钒(23V)被称为“现代工业味精”，可添加在钢铁中，并以钛一铝－钒合金的形式用于航天领域；钒的化合物被广泛用作催化剂、燃料及电池等。我国钒钛磁铁矿储量较大，是世界上产钒大国。请完成下列问题：

(1)钒的基态原子的价电子排布图为___________。

(2)钒的某种氧化物的晶胞结构如下图1所示，则该氧化物的化学式为___________，其熔沸点比下图3(为邻苯二甲酸酐的结构)物质的熔沸点要___________(填“高”“低”或“差不多”)。

(3)V2O5是一种常见的催化剂，在合成硫酸、硝酸、邻苯三甲酸酐、乙烯、丙烯中，均使用五氧化二钒作催化剂。

①五氧化二钒的结构简式如上图2所示，则该结构中含有___________个π键。

②在丙醛( CH3CH2CHO)分子中碳原子的杂化方式分别为___________。

③C、N、O、Ne四元素，其第一电离能从大到小的顺序依次为______________________。

④V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)。列举与VO43－空间构型相同的一种阴离子：___________(填离子符号)。

(4)已知单质钒的晶体采用体心立方堆积，晶胞如上图4所示，假设钒原子直径为d×10-7cm，钒的相对原子质量为M，则晶体密度的表达式为___________g·cm－3。(设阿伏加德罗常数为NA)

Answer 1

【答案】 VO2 高 4 sp3、sp2 Ne>N>O>C SO42-(ClO4-、PO43-)

【解析】

（1）钒是23号元素，根据能量最低原理写出价电子排布图；

（2）根据均摊法计算晶胞中V、O原子数目，进而确定化学式，VO2是离子晶体，其熔点比分子晶体邻苯二甲酸酐的熔点要高；

（3）①单键为键，双键含有一个1个键和1个π键；

②甲基上的碳，形成4个键，为sp3，双键上的碳形成3个键，1个π键，为sp2杂化；

③N原子2p能级半充满状态和Ne原子2p能级全充满状态稳定，第一电离能大；

④V形成4个键，没有孤对电子的粒子，正四面体构型；

（4）均摊法确定钒原子数目表示出晶胞质量，根据晶胞边长与原子直径的关系用V原子直径表示出晶胞边长，再根据计算晶胞密度。

（1）钒是23号元素，钒的基态原子的价电子排布式为3d34s2，价电子排布图为；

故答案为：；

（2）由晶胞结构可知，含钒原子8×+1=2，含氧原子4×+2=4，该氧化物的化学式为VO2，VO2是离子晶体，其熔点比分子晶体邻苯二甲酸酐的熔点要高；

故答案为：VO2；高；

（3）①由五氧化二钒的结构图可知，单键为键，双键含有一个1个键和1个π键，可得出含有4个π键；

②在丙醛( CH3CH2CHO)分子中，甲基上的碳，形成4个键，为sp3，醛基碳氧双键上的碳形成3个键，1个π键，为sp2杂化；

③N原子2p能级半充满状态和Ne原子2p能级全充满状态稳定，第一电离能大，所以C、N、O、Ne四元素，其第一电离能从大到小的顺序依次为Ne>N>O>C；

④V形成4个键，没有孤对电子的粒子，正四面体构型，与VO43－空间构型相同的一种阴离子：SO42-(ClO4-、PO43-)；

故答案为：4；sp3、sp2；Ne>N>O>C；SO42-(ClO4-、PO43-)；

（4）晶胞中钒原子个数为8×+1=2，钒原子直径为d×10-7cm，晶胞的体对角线长为2d×10-7cm，则晶胞的边长为cm，钒的相对原子质量为M，则晶体密度==g·cm－3，

故答案为：。