题目内容
【题目】工业上用合成气(CO和H2)制取乙醇的反应为2CO+4H2
CH3CH2OH+H2O。研究发现，使用TiO2作为载体负载铑基催化剂具有较高的乙醇产量。回答下列问题：
（1）Ti基态原子核外电子排布式为_________。和O同一周期且元素的第一电离能比O大的有______（填元素符号），和O同一周期且基态原子核外未成对电子数比O多的有____（填元素符号）。
（2）H2O分子中O原子的价层电子对数是________，CH3CH2OH分子中亚甲基(-CH2-)上的C原子的杂化形式为_______。
（3）在用合成气制取乙醇反应所涉及的4种物质中，沸点从低到高的顺序为_________，原因是__________。
（4）工业上以CO、O2、NH3为原料，可合成氮肥尿素[CO(NH2)2]，CO(NH2)2分子中含有的σ键与π键的数目之比为_________。
（5）C元素与N元素形成的某种晶体的晶胞如图所示（8个碳原子位于立方体的顶点，4个碳原子位于立方体的面心，4个氮原子在立方体内），该晶体硬度超过金刚石，成为首屈一指的超硬新材料。
①该晶体硬度超过金刚石的原因是____________。
②已知该晶胞的密度为d g/cm3，N原子的半径为r1cm，C原子的半径为r2cm，设NA为阿伏加德罗常数，则该晶胞的空间利用率为________(用含d、r1、r2、NA的代数式表示）。
【答案】 ls22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 N、F、Ne N 4 sp3 H2 <CO<CH3CH2OH< H2O H2为非极性分子，CO为极性分子且CO的相对分子质量比H2的大，因此CO的范德华力比H2的大；H2O与CH3CH2OH均为分子间存在氢键的极性分子，但水分子形成的氢键数目比乙醇分子多 7：1 该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度较金刚石大 
【解析】（1）Ti基态原子核外电子排布式为ls22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。和O同一周期且元素的第一电离能比O大的有N、F、Ne，和O同一周期且基态原子核外未成对电子数比O（2个未成对电子）多的只有N（3个）。
（2）H2O分子中O原子的价层电子对数是
4，CH3CH2OH分子中亚甲基(-CH2-)上的C原子是饱和的C原子，所以其杂化形式为sp3。
（3）在用合成气制取乙醇反应所涉及的4种物质中，沸点从低到高的顺序为H2 <CO<CH3CH2OH< H2O，原因是：H2为非极性分子，CO为极性分子且CO的相对分子质量比H2的大，因此CO的范德华力比H2的大；H2O与CH3CH2OH均为分子间存在氢键的极性分子，但水分子中有2个羟基氢原子而乙醇只有1个羟基氢原子，所以水分子之间形成的氢键数目比乙醇分子多。
（4）CO(NH2)2分子中含有的7个σ键和1个π键，σ键与π键的数目之比为7：1。
（5）由该晶体的晶胞结构可知，该晶胞含有的C原子数为 (8
)=3个，N原子数为4个，该化合物的化学式为C3N4。
①该晶体硬度超过金刚石的原因是：该晶体是原子晶体，N原子的半径比C原子小，所以该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度较金刚石大。
②已知该晶胞的密度为d g/cm3，N原子的半径为r1cm，C原子的半径为r2cm。设NA为阿伏加德罗常数，则NA个晶胞含1mol C3N4，其质量为92g，其体积为
，4mol N原子的体积为
，3mol C原子的体积为
，所以该晶胞的空间利用率为
。
【题目】合成气(CO+H2) 广泛用于合成有机物，工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气，
(1)已知标况下，5.6LCH4与水蒸气完全反应时吸收51.5kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式________________；
(2)在150℃时2L 的密闭容器中，将2molCH4和2mol H2O(g)混合，经过15min达到平衡，此时CH4的转化率为60%。回答下列问题：
①从反应开始至平衡，用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)=________。
②在该温度下，计算该反应的平衡常数K=________。
③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是________。
A．V(H2)逆=3v (CO)正 B．密闭容器中混合气体的密度不变
C．密闭容器中总压强不变 D．C(CH4)=C(CO)
(3)合成气中的氢气也用于合成氨气：N2+3H2
2NH3。保持温度和体积不变，在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。则下列说法正确的是_______________；
容器 | 体积 | 起始物质 | 平衡时NH3的物质的量 | 平衡时N2 的体积分数 | 反应开始时的速率 | 平衡时容器内压强 |
甲 | 1L | 1molN2+3molH2 | 1.6mol | φ甲 | v甲 | P甲 |
乙 | 1L | 2molN2+6molH2 | n1 mol | φ乙 | v乙 | P乙 |
丙 | 2L | 2molN2+6molH2 | n2 mol | φ丙 | v丙 | P丙 |
A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙>φ乙 C．v乙 >v>v甲 D．P乙>P甲=P丙
(4)合成气可以制取甲醚，绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”工作原理如下图所示
① 电极Y 上发生的反应式为__________ ；
②电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH_______(填“增大、减小、不变”)。
【题目】有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如表所述：
元素 | 结构、性质等信息 |
X | 构成有机物的核心元素，该元素的一种氧化物和气态氢化物都是典型的温室气体 |
Y | 短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素，该单质与冷水剧烈反应 |
Z | 与Y同周期，其最高价氧化物的水化物呈两性 |
M | 海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒剂和杀菌剂 |
请根据表中信息填写：
(1)X元素在周期表中的位置________；其相对分子质量最小的气态氢化物常用作______。
(2)工业上制取Y单质常用的方法是(用化学方程式表示)_________。
(3)Y离子半径比Z离子的半径________(填“大”或“小”)。
(4)Z的单质和氧化铁反应可用于野外焊接钢轨，该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应，写出反应的化学方程式为______________。
(5)举出实例说明M的非金属性比X强：_____________。
