题目内容

17．当前材料科学的发展方兴未艾．B、N、Ti、Fe都是重要的材料元素，其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用．
（1）基态Fe2+的电子排布式为1S22S22P63S23P63d6或[Ar]3d6；Ti原子核外共有22种运动状态不同的电子．
（2）BF3分子与NH3分子的空间结构分别为平面正三角形、三角锥型；BF3与NH3反应生成的BF3•NH3分子中含有的化学键类型有共价键、配位键，在BF3•NH3中B原子的杂化方式为sp3．
（3）N和P同主族．科学家目前合成了N4分子，该分子中N-N键的键角为60°；N4分解后能产生N2并释放出大量能量，推测其用途制造火箭推进剂或炸药．（写出一种即可）
（4）向硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH3）4]2+配离子．已知NF3与NH3具有相同的空间构型，但
NF3不易与Cu2+形成配离子，其原因是F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF3中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键．
（5）纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图1所示．化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子间存在氢键．化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C．

（6）铁和氨气在640℃可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图2所示，写出该反应的化学方程式8Fe+2NH3$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe4N+3H2．若该晶体的密度是ρg•cm-3，则两个最近的Fe原子间的距离为$\frac{{\sqrt{2}}}{2}\root{3}{{\frac{238}{{ρ{N_A}}}}}$cm．（阿伏加德罗常数用NA表示）

分析 （1）铁原子失去最外层4s能级2个电子，形成Fe2+；核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d5，电子不同运动状态不同；
（2）NH3分子中氮原子含有孤电子对，BF3分子中B元素不含孤电子对，导致其空间构型不同；根据价层电子对互斥理论确定BF3的分子空间构型；
（3）N4分子与P4结构相似，为正四面体构型，N4分子中N原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，每个面为正三角形；N4分解后能产生N2并释放出大量能量，可以制造火箭推进剂或炸药；
（4）NF3中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子；
（5）氢键的存在导致物质熔沸点升高；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（6）铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氢气和氮化铁，利用均摊法确定氮化铁的化学式，根据温度、反应物和生成物写出反应方程式；
由晶胞体积V=$\frac{m}{ρ}$计算体积，继而计算正四面体的棱长，由正四面体的棱长计算最近的Fe原子间的距离．

解答 解：（1）铁原子失去最外层4s能级2个电子，形成Fe2+，核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6，Ti元素原子核外有22个电子，所以原子中运动状态不同的电子共有22种，
故答案为：1S22S22P63S23P63d6或[Ar]3d6；22；
（2）NH3分子中氮原子含有孤电子对，BF3分子中B元素不含孤电子对，NH3中N原子含有3个σ键和1个孤电子对，所以NH3为三角锥构型；BF3中B原子含有3个σ键且不含孤电子对，所以BF3为平面三角形构型，BF3•NH3分子中含有的化学键类型有共价键、配位键，在BF3•NH3中B原子电子对数为$\frac{5+3}{2}$，故杂化方式为sp3，
故答案为：平面正三角形；三角锥型；共价键、配位键；sp3；
（3）N4分子中N原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，N原子采取sp3杂化，每个面为正三角形，N-N 键的键角为60°，N4分解后能产生N2并释放出大量能量，可以制造火箭推进剂或炸药，
故答案为：60°；制造火箭推进剂或炸药；
（4）F的电负性大于N元素，NF3中N-F成键电子对偏向于F原子，导致NF3中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子，所以NF3不易与Cu2+形成配离子，
故答案为：F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF3中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键；
（5）氢键的存在导致物质熔沸点升高，乙中含有氢键、甲不含氢键，所以化合物乙熔沸点高于甲；能形成sp3杂化的原子有C、N、O元素，同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能N＞O＞C，
故答案为：化合物乙分子间存在氢键；N＞O＞C；
（6）该晶胞中铁原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮原子个数是1，所以氮化铁的化学式是Fe4N，铁和氨气在640℃可发生置换反应生成氢气和氮化铁，所以该反应方程式为：8Fe+2NH3$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe4N+3H2，一个晶胞中Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6$+×\frac{1}{2}$=4，N原子数目为1，晶胞棱长a=$\root{3}{\frac{m}{ρ}}$=$\root{3}{\frac{56×4+14}{ρ{N}_{A}}}$，则两个最近的Fe原子间的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}a$
=$\frac{{\sqrt{2}}}{2}\root{3}{{\frac{238}{{ρ{N_A}}}}}$．
故答案为：8Fe+2NH3$\frac{\underline{\;640℃\;}}{\;}$2Fe4N+3H2；$\frac{{\sqrt{2}}}{2}\root{3}{{\frac{238}{{ρ{N_A}}}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及分子结构、杂化轨道、电负性、核外电子排布式、晶胞结构等，注意理解配位键的有关概念，难度中等．

练习册系列答案
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7．根据不同的分类标准，同一物质可以归属不同的物质类别．K2CO3是一种盐，但不属于（　　）
A．碳酸盐B．钾盐C．酸式盐D．正盐
8．研究化肥的合成、废水的处理等有现实的重要意义．
（1）硝酸铵的生产方法是采用硝酸与氨气化合，工业合成氨是一个放热反应，因此低温有利于提高原料的转化率，但实际生产中却采用400～500℃的高温，其原因是催化活性最强，增加反应速率，缩短达到平衡的时间；工业生产中，以氨气为原料合成硝酸，写出工业生产硝酸的最后一步的化学方程式3NO2+H2O=2HNO3+NO．
（2）甲、乙、丙三个化肥厂生产尿素所用的原料不同，但生产流程相同（如图3所示）：

已知：CO+H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO2+H2
①甲厂以焦炭和水为原料；
②乙厂以天然气和水为原料；
③丙厂以石脑油（主要成分为C5H12）和水为原料．
按工业有关规定，利用原料所制得的原料气H2和CO2的物质的量之比，若最接近合成尿素的原料气NH3（换算成H2的物质的量）和CO2的物质的量之比，则对原料的利用率最高．据此判断甲、乙、丙三个工厂哪个工厂对原料的利用率最高？丙．
（3）将工厂废气中产生的SO2通过下列流程如图1，可以转化为有应用价值的硫酸钙等．
①写出反应Ⅰ的化学方程式：2CaCO3+O2+2SO2=2CaSO4+2CO2．
②生产中，向反应Ⅱ的溶液中加入强还原性的对苯二酚等物质，目的是防止亚硫酸铵（NH4）2SO3被氧化．
③检验经过反应Ⅲ得到的氨态氮肥中SO42-所用试剂是盐酸和氯化钡（HCl和BaCl2）．
（4）工业上利用氯碱工业产品治理含二氧化硫的废气．图2是氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图．
①用溶液A吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是SO2+OH-=HSO3-（或SO2+2OH-=SO32-+H2O）．
②用含气体B的阳极区溶液吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是SO2+Cl2+H2O=4H++SO42-+2Cl-．
5．某复合硅酸盐水泥的成分有CaO、MgO、Al2O3、SO3和SiO2等．回答下列问题：
（1）Ca的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2．
（2）MgO的熔点比CaO的熔点高，其原因是Mg2+半径比Ca2+小，MgO的晶格能较大．
（3）Al2O3溶于NaOH溶液形成Na[Al（OH）4]，[Al（OH）4]-的空间构型为正四面体．
（4）S的氧化物的水化物中算性最强的是H2SO4，从结构上分析其原因H2SO4中S的正电荷高于H2SO3的正电荷，导致H2SO4的S-O-H中O的电子向S偏移的程度更大，更容易电离出H+，所以H2SO4的酸性强．
（5）硅酸盐结构中的基本结构单元为[SiO4]四面体，其中Si原子的杂化轨道类型为sp3．由两个结构单元通过共用一个原子形成的硅酸盐阴离子的化学式为[Si2O7]6-．
（6）CaO与NaCl的晶胞类型相同，CaO晶胞中Ca2+的配位数为6，若CaO晶胞参数为anm，CaO的密度为$\frac{2.24×1{0}^{23}}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm-3（用a和NA表示）．
12．下列图示与对应的叙述一定正确的是（　　）
A．
表示合成氨（放热反应），温度T1和T2对应的平衡常数为K1，K2、則：T1＜T2，K1＞K2
B．
反应：X（g）+2Y（g）?3Z（g），b的溫度比a可能高
C．
该温度下，加人FeCl3不可能引起出由b向a的变化
D．
用水稀释pH相同的盐酸和醋酸，Ⅰ表示盐酸，Ⅱ表示醋酸，且溶液导电性：c＞b＞a
2．土壤是人类赖以生存的最基本物质，以黏土为原料生产的产品伴随着人类文明的脚步．某兴趣小组以黏土为原料探究彩色水泥、轻质耐火材料的联合生产，其设计的流程如图所示．

已知：黏土的主要成分为2CaO•3Al2O3•FeO•Fe2O3•10SiO2•nH2O．部分难溶物开始沉淀时和完全沉淀时的pH如表所示．
Fe（OH）2Fe（OH）3Al（OH）3
开始沉淀时的pH6.31.93.4
完全沉淀时的pH8.33.24.7
（1）为提高酸浸速率，除适当增大硫酸浓度外，还可采取的措施有搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末（任写一条）．
（2）向滤液Ⅰ中加入H2O2的作用是将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+；用CaCO3调节溶液pH约为3.3，其目的是使Fe3+完全转化为Fe（OH）3沉淀而除去．
（3）红色水泥添加剂的主要成分是Fe2O3．
（4）物质X的化学式为CaSO4•2H2O．
（5）气体M的电子式为；向滤液Ⅲ中加入CaO的作用是与水反应放热，降低NH3的溶解度（任写一条）．
（6）氮化铝广泛用于电子陶瓷等工业领域，以滤渣Ⅲ、碳及氮气为原料可制备氮化铝，用化学方程式表示制备过程：2Al（OH）3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al2O3+3H2O、Al2O3+N2+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO．
9．某化工厂将钛、氯碱工业和甲醇联合生产，大大提高了原料利用率，并减少环境污染．流程如图1所示：
回答下列问题：
（1）写出以石墨为电极电解饱和食盐水的离子方程式2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑．
图2所示是典型氯碱工业的关键设备--离子交换膜电解槽，该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室，它能够阻止一些物质通过，也能允许一些物质通过．下列有关说法正确的是C（填字母代号）．
A．离子交换膜的特点是允许气体分子通过，而不允许阴离子通过
B．图2中X是指氧气
C．电解槽右室的电极反应式为2H++2e一=H2↑
D．电解槽左室也称为阴极室
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得四氯化钛的化学反应方程式2FeTiO3+6C+7Cl2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl3+2TiCl4+6CO；
生成2 mol四氯化钛时转移的电子的物质的量为14mol．
（3）利用生成的甲醇和NaOH溶液可以生产甲醇燃料电池，负极电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O．
（4）钛广泛应用于航天领域．氩气在冶炼钛的流程中所起的作用是保护气作用．
（5）利用CO和H2制备甲醇
①已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（1）的燃料热分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．写出CO和H2制备液态甲醇的热化学方程CO（g）+2H2（g）═CH3OH（l）△H=-128.1KJ•mol-1．
②假设联合生产中各原料利用率为100%，若得到6mol甲醇，则需再补充标准状况下的H2112L．
6．下列分子中，所有原子都满足最外层为8电子结构的是（　　）
A．BF3B．NCl3C．PCl5D．CHCl3
7．聚酰胺-66（尼龙-66）常用于生产帐篷、渔网、弹力丝袜等织物．可以利用以下路线来合成．D的核磁共振氢谱有两个峰．

已知：
Ⅰ．R-OH+R′-X$→_{室温}^{KOH}$R-O-R′+HX
Ⅱ．RCl$\stackrel{NaCN}{→}$R-CN$→_{H+}^{H_{2}O}$R-COOH
Ⅲ．R-CN$→_{Ni/△}^{H_{2}}$RCH2NH2
（1）1molA和1molH2在一定条件下恰好反应，生成饱和一元醇X，X中碳元素的质量分数约为65%，则X的分子式为C4H10O，A分子中所含官能团的名称是羟基、碳碳双键．
（2）B→C的反应类型是消去反应．
（3）C→D的化学方程式为．
（4）F与氢氧化钠的乙醇溶液共热，得到有机产物Y．
①Y的名称是1，3-丁二烯．
②Y在一定条件下可以发生加聚反应得到以顺式结构为主的顺式聚合物，该顺式聚合物的结构简式为．
（5）H和I反应生成J（聚酰胺-66）的化学反应方程式为．
为检验F中的官能团，所用试剂包括NaOH水溶液及硝酸、硝酸银溶液．
（6）同时满足下列条件的H的同分异构体有多种．写出其中一种同分异构体的结构简式（核磁共振氢谱有三个峰，面积比为4：4：2）HCOOCH2CH2CH2CH2OOCH．
①只含一种官能团   ②1mol该物质与足量银氨溶液反应，生成4molAg
（7）已知：
写出以苯酚和HCHO为原料制备的合成路线流程图（无机试剂任用）．合成路线流程图示例如下：
H2C═CH2$\stackrel{HBr}{→}$CH3CH2Br$→_{△}^{NaOH溶液}$CH3CH2OH
．

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