题目内容

10．N和Si是合成新型非金属材料的两种重要元素．请回答：
（1）基态Si原子的价层电子排布图为；其2p能级的轨道有3个伸展方向，电子云的形状为纺锤形．
（2）Si原子可形成多种氢化物，其中Si2H4中Si原子的价层电子对数目为3，Si原子的杂化轨道类型为sp2．
（3）N和Si形成的原子晶体中，N原子的配位数为3．
（4）NaN3常作为汽车安全气囊的填充物，其焰色反应为黄色．大多数金属元素有焰色反应的微观原因为电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量；N3-中σ键和π键的数之比为1：1．B、F与N三种元素同周期，三种基态原子的第一电离能由大到小的顺序为F＞N＞B（用元素符号表示）．
（5）NaNO2是一种重要的工业原料，NO2-的空间构型为V形．
（6）SiO2的晶胞与金刚石（如图所示）相似，可以看作Si原子替代C原子后，在两个成键的Si原子间插入1个O原子形成．则：
①晶胞中最小的环含有12个原子．
②若晶体密度为ρg•cm-3，阿伏伽德罗常数为NA，晶胞中两个最近的Si原子核之间的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×1010pm（用代数式表示）．

分析 （1）Si为14号元素，其价电子为3s、3p电子，2p能级的轨道有3个伸展方向，电子云的形状为纺锤形；
（2）Si2H4中Si原子的价层电子对数目=3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断Si原子杂化方式；
（3）N和Si形成的原子晶体化学式为Si3N4，该物质中每个N原子只能形成3个共价键；
（4）电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量；N3-与二氧化碳是等电子体，二者结构相同，每个二氧化碳分子中含有两个σ键和两个π键；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；
（5）NO2-中N价层电子对个数=2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断亚硝酸根离子空间构型；
（6）①晶胞中最小的环含有12个原子；
②金刚石晶胞中4个C原子在晶胞内部，6个C原子在面心上、8个C原子分别位于8个顶点上，所以该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，晶胞中两个最近的Si原子核之间的距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）Si为14号元素，价层电子排布图为，2p能级的轨道有3个伸展方向，电子云的形状为纺锤形，
故答案为：；3；纺锤形；
（2）Si2H4中Si原子的价层电子对数目=3且不含孤电子对，其结构和乙烯相似，根据价层电子对互斥理论判断Si原子杂化方式为sp2，故答案为：3；sp2；
（3）N和Si形成的原子晶体化学式为Si3N4，该物质中每个N原子只能形成3个共价键，所以每个N原子配位数是3，故答案为：3；
（4）电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量，所以大多数金属焰色反应时呈现一定颜色；N3-与二氧化碳是等电子体，二者结构相同，每个二氧化碳分子中含有两个σ键和两个π键，则N3-中σ键和π键的数之比为1：1；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，所以这三种元素第一电离能大小顺序是F＞N＞B，
故答案为：电子从较高能级的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，以光的形式释放能量；1：1；F＞N＞B；
（5）NO2-中N价层电子对个数=2+$\frac{5+1-2×2}{2}$=3且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断亚硝酸根离子空间构型为V形，
故答案为：V形；
（6）①根据图知，每个最小环上含有6个Si原子、6个O原子，所以晶胞中最小的环含有12个原子，故答案为：12；
②金刚石晶胞中4个C原子在晶胞内部，6个C原子在面心上、8个C原子分别位于8个顶点上，所以该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，该晶胞体积=$\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}$cm3，晶胞中两个最近的Si原子核之间的距离为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{\frac{60}{{N}_{A}}×8}{ρ}}$cm=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×1010pm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}×$$\root{3}{\frac{480ρ}{{N}_{A}}}$×1010．

点评 本题考查物质结构和性质，为高考常考查点，涉及晶胞计算、价层电子对互斥理论、等电子体等知识点，侧重考查学生知识应用及计算能力、空间想象能力，难点是（6）晶胞计算，知道“两个最近的Si原子核之间的距离与晶胞体长”关系是解该题关键，注意cm与pm单位之间的换算，为易错点．

练习册系列答案
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18．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在食品加工中常用作防腐剂、漂白剂和疏松剂．焦亚硫酸钠为黄色结晶粉末，150℃时开始分解，在水溶液或含有结晶水时更易被空气氧化．实验室制备焦亚硫酸钠过程中依次包含以下几步反应：
2NaOH+SO2═Na2SO3+H2O …（a）
Na2SO3+H2O+SO2═2NaHSO3…（b）
2NaHSO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2S2O5+H2O …（c）
实验装置如图：

（1）实验室可用废铝丝与NaOH溶液反应制取H2，制取H2的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑．
（2）如图1装置中，导管X的作用是排出H2、未反应的SO2及水蒸气等．
（3）通氢气一段时间后，以恒定速率通入SO2，开始的一段时间溶液温度迅速升高，随后温度缓慢变化，溶液开始逐渐变黄．“温度迅速升高”的原因为SO2与NaOH溶液的反应是放热反应；实验后期须保持温度在约80℃，可采用的加热方式为80℃水浴加热．
（4）反应后的体系中有少量白色亚硫酸钠析出，参照题如图2溶解度曲线，除去其中亚硫酸钠固体的方法是趁热过滤；然后获得较纯的无水Na2S2O5应将溶液冷却到30℃左右抽滤，控制“30℃左右”的理由是此时溶液中Na2SO3不饱和，不析出．
（5）用如图3装置干燥Na2S2O5晶体时，通入H2的目的是排出空气，防止焦亚硫酸钠被氧化；真空干燥的优点是干燥室内部的压力低，水分在低温下就能气化，减少产品氧化．
（6）测定产品中焦亚硫酸钠的质量分数常用剩余碘量法．已知：S2O52-+2I2+3H2O═2SO42-+4I-+6H+；2S2O32-+I2═S4O62-+2I-
请补充实验步骤（可提供的试剂有：焦亚硫酸钠样品、标准碘溶液、淀粉溶液、酚酞溶液、标准Na2S2O3溶液及蒸馏水）．
①精确称取产品0.2000g放入碘量瓶（带磨口塞的锥形瓶）中．
②准确移取一定体积和已知浓度的标准碘溶液（过量）并记录数据，在暗处放置5min，然后加入5mL冰醋酸及适量的蒸馏水．
③用标准Na2S2O3溶液滴定至接近终点．
④加入1～2mL淀粉溶液．
⑤继续用标准Na2S2O3溶液滴定至蓝色刚好褪去且半分钟内颜色不复现，记录滴定所消耗的体积．
⑥重复步骤①～⑤；根据相关记录数据计算出平均值．
1．已知：①FeS不溶解于水；②实验室制取H2S、SO2气体的原理是：FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑，Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2；③硫化氢与二氧化硫气体相遇会发生反应：2H2S+SO2=3S↓+2H2O．
根据图中A～D的实验装置和试剂进行实验，回答下列问题：

（1）装置A是由双孔塞、玻璃导管及分液漏斗和圆底烧瓶组装起来的．?
（2）组装一套制取SO2气体的装置，并证明SO2既有氧化性、又有还原性和漂白性．?①按实验装置连接顺序，把a→f各导管口连接起 来，正确的顺序有B．
A．befcda    B．adcefb    C．acdfeb     D．acdefb
②若C装置中的溶液为酸性KMnO4溶液或溴水、碘水等，反应后该溶液变为无色，说明SO2具有还原性；?③若C装置中的溶液为品红溶液，反应后该溶液变为无色，说明SO2具有漂白性；
④当D中产生有淡黄色固体析出现象时，说明SO2具有氧化性；
（3）D装置烧杯中NaOH溶液的作用吸收过量的SO2或H2S，防止污染空气．
18．叠氮化钠（NaN3）是一种无色晶体，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚，广泛应用于汽车安全气囊．某硝酸工厂拟通过下列方法处理尾气并制备叠氮化钠．

（1）NO和NO2混合气体与NaOH溶液反应可以合成NaNO2，写出该反应的化学方程式并用单线桥标出该反应的电子转移方向和数目
（2）汽车剧烈碰撞时，安全气囊中发生反应：10NaN3+2KNO3$\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$K2O+5Na2O+16N2↑．假定汽车中某个安全气囊容积为56L．
①该反应中的氧化剂为KNO3还原剂为NaN3（填化学式）
②欲使气囊中充满标准状况下氮气，则该安全气囊中生成的K2O和Na2O的总质量为多少克？（写出计算过程，保留一位小数，不考虑固体的体积）．
5．甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素．该反应的离子方程式为2MnO4-+5H2C2O4+6H+═2Mn2++10CO2+8H2O
设计实验方案如下（实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4）：
甲组：通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小
某同学进行实验，实验装置如图1．其中A、B的成分见表
序号A溶液B溶液
①2mL 0.2mol/L H2C2O4溶液4mL 0.01mol/L KMnO4溶液
②2mL 0.1mol/L H2C2O4溶液4mL 0.01mol/L KMnO4溶液
③2mL 0.2mol/L H2C2O4溶液4mL 0.01mol/L KMnO4溶液和少量MnSO4
（1）该实验的目的是探究草酸浓度和催化剂对化学反应速率的影响．
（2）实验开始前需要检查气密性．分液漏斗中A溶液应该一次性加入（填“一次性”或“逐滴滴加”）
（3）完成该实验还需要秒表（填仪器名称），实验结束后读数前需要移动量气管，使两个量气管的液面相平．
（4）请在图2中，画出实验②、③中CO2体积随时间变化的预期结果示意图．

乙组：通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响，某同学在室温下完成以下实验
实验编号1234
水/mL1050X
0.5mol/L H2C2O4/mL510105
0.2mol/L KMnO4/mL551010
时间/s402010---
（5）X=5，4号实验中始终没有观察到溶液褪色，你认为可能的原因是KMnO4过量．
（6）2号反应中，H2C2O4的反应速率为0.00625mol/（L•s）．
（7）在实验中发现高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时，开始一段时间反应速率较慢，
溶液褪色不明显；但不久突然褪色，反应速率明显加快．某同学认为是放热导致溶液温度升高所致，重做3号实验，测定过程中溶液不同时间的温度，结果如表：
时间/s051015202530
温度/℃2526262626.52727
结合实验目的与表中数据，你得出的结论是温度不是反应速率突然加快的原因．
（8）从影响化学反应速率的因素看，你的猜想还可能是反应产物的影响．
15．某兴趣小组在实验室用加热乙醇、浓H2SO4、溴化钠和少量水的混合物来制备溴乙烷，并检验反应的部分副产物和探究溴乙烷的性质．
（一）溴乙烷的制备及产物的检验：设计了如图1装置，其中夹持仪器、加热仪器及冷却水
管没有画出．请根据实验步骤，回答下列问题：

（1）仪器A中除了加入上述物质外，还需加入沸石．
（2）制备操作中，加入少量的水，其目的是abc（填字母）．
a．减少副产物烯和醚的生成           b．减少Br2的生成
c．减少HBr的挥发               d．水是反应的催化剂
（3）上述反应的副产物还可能有：乙醚（CH3CH2-O-CH2CH3）、乙烯、溴化氢等．
①检验副产物中是否含有溴化氢：熄灭酒精灯，在竖直冷凝管上方塞上塞子、打开a，利用余热继续反应直至冷却，通过B、C装置检验．B、C中应盛放的试剂分别是a、d（填字母）．
a．苯       b．水       c．NaOH  溶液      d．硝酸银溶液
②检验副产物中是否含有乙醚：通过红外光谱仪鉴定所得产物中含有“-CH2CH3”基团，来确定副产物中存在乙醚．该同学的方案不正确（选填“正确”或“不正确”），理由是溴乙烷中也含乙基．
（4）欲除去溴乙烷中的少量杂质Br2，最佳方法是d（填字母）．
a．KI溶液洗涤                 b．氢氧化钠溶液洗涤
c．用四氯化碳萃取              d．用亚硫酸钠溶液洗涤
（二）溴乙烷性质的探究：
某同学用右图装置（铁架台、酒精灯等未画出）来探究溴乙烷的性质．
（1）在试管中加入10mL 6mol•L-1 NaOH水溶液和5mL 溴乙烷，水浴加热．当观察到液体不分层现象时，表明溴乙烷与NaOH水溶液已完全反应．该反应的化学方程式为CH3CH2Br+H2O$\stackrel{NaOH}{→}$CH3CH2OH+HBr．
（2）在试管中加入10mL饱和 NaOH乙醇溶液和5mL 溴乙烷，水浴加热．为证明溴乙烷在NaOH乙醇溶液中发生的是消去反应，需要检验的是生成的气体，检验的方法是将生成的气体先通过盛有水的试管，再通入盛有酸性KMnO4溶液的试管，酸性KMnO4溶液褪色（或直接通入溴的四氯化碳溶液，四氯化碳褪色）（用简要的文字说明）．
2．某种磁铁矿主要成分是Fe3O4和SiO2，工业上利用该矿石冶炼金属铁和高纯硅，主要工艺流程如图所示（部分试剂和产物略）：

回答下列问题：
（1）下列关于Si或SiO2的叙述中，不正确的是C．
A．高纯单质Si是制造太阳能电池的重要材料
B．SiO2可用于制造光导纤维
C．SiO2是酸性氧化物，所以不溶于任何酸
（2）步骤①中发生反应的离子方程式为Fe3O4+8H+═Fe2++2Fe3++4H2O．
（3）步骤⑤中由SiO2制得Si（粗硅）的化学方程式为SiO2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；该反应的副产物可用于为生产流程中的步骤④提供原料（填步骤序号）．
（4）粗硅中所含的杂质主要是过量的焦炭．
（5）用离子方程式表示步骤②中加H2O2的作用是H2O2+2Fe2++2H+═2Fe3++2H2O．
（6）若矿石中的铁元素全部转化为单质Fe，现有Fe3O4质量分数为58%的矿石200t，理论上最多能得到单质Fe的物质的量为1.5×106mol．
19．印尼火山喷发不仅带来壮观的美景，还给附近的居民带来物质财富，有许多居民冒着生命危险在底部的火山口收集纯硫磺块来赚取丰厚收入．硫磺可用于生产化工原料硫酸．某工厂用如图所示的工艺流程生产硫酸：

请回答下列问题：
（1）为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装热交换器（填设备名称）．吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是使浓H2SO4与SO3充分接触．
（2）为使硫磺充分燃烧，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%，为提高SO2转化率，经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为6：5．假设接触室中SO2的转化率为95%，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为0.41%（空气中氧气的体积分数按0.2计），该尾气的处理方法是用氨水吸收．
（3）与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是A．
A．耗氧量减少      B．二氧化硫的转化率提高
C．产生的废渣减少  D．不需要使用催化剂
（4）硫酸的用途非常广，可应用于下列哪些方面BCD．
A．橡胶的硫化      B．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成
C．铅蓄电池的生产  D．过磷酸钙的制备
（5）矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一．在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式CaCO3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO2↑、SO2+CaO═CaSO3、2CaSO3+O2═2CaSO4．
20．根据元素周期表和元素周期律分析下面的判断，其中正确的是（　　）
A．钠原子失电子能力比镁弱B．水比硫化氢稳定
C．硅酸比磷酸酸性强D．氢氧化钙比氢氧化锶碱性强

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