Question

有A、B、C、D、E、F、G七种元素核电荷数依次增加，A是非金属元素外围电子排布式为nsⁿ，B的价电子层电子排布nsⁿnpⁿ，C的基态原子中2p轨道有三个未成对的单电子，D是周期表中电负性数值最大的元素，E原子核外电子数是D与C核外电子数之和，F是主族元素且与G同周期，G能形成红色（或砖红色）的G₂O和黑色的GO两种氧化物，D与F可形成离子化合物，其晶胞结构如图2所示．请回答下列问题．
（1）E的气态氧化物EO₃分子结构模型是

 

．
（2）CA₃极易溶于水，其原因主要是

 

，试判断CA₃溶于水后，形成CA₃?H₂O的最合理结构为

 

（填字母）．
（3）从如图2中可以看出，D跟F形成的离子化合物的电子式为

 

；该离子化合物晶体的密度为ag?cm^-3，则晶胞的体积是

 

（只要求列出算式），每个D原子周围最近的F原子有

 

个．
（4）某科研小组为了处理污水，设计了如图3所示的装置，Ⅱ装置为BA₄燃料电池，两电极分别通入BA₄和混合气体（空气和气体甲），电解质为熔融碳酸盐．Ⅰ是污水处理的装置，其方法如下：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）₃?Fe（OH）₃具有吸附性，可吸附污物而沉积下来，有净化水的作用，向污水中加入适量的H₂SO₄的目的是

 

．
②为了使燃料电池乙长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时，循环的物质A为

 

Ⅱ装置中负极上发生的反应

 

．
③Ⅰ装置中碳电极是电解池的

 

极，Fe电极上发生的反应为

 

．
④Ⅱ装置中有0.8mol BA₄参加反应时，C电极理论上生成气体的体积在标准状况下为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,位置结构性质的相互关系应用,原电池和电解池的工作原理

专题：元素周期律与元素周期表专题,化学键与晶体结构,电化学专题

分析：A是非金属元素外围电子排布式为nsⁿ，可知A只能为H元素；B的价电子层电子排布nsⁿnpⁿ，n=2，则B为C元素；C的基态原子中2p轨道有三个未成对的单电子，则C为N元素；D是周期表中电负性数值最大的元素，D为F元素；E原子核外电子数是D与C核外电子数之和，E核外电子数为16，为S元素；G能形成红色（或砖红色）的G₂O和黑色的GO两种氧化物，则G为Cu元素；图2晶胞中，F元素位于体内，共有8个微粒，F位于顶点和面心，数目为8×

1

8

+6×

1

2

=4，数目比为2：1，即F为+2价，又由于F是主族元素且与Cu同周期，F为Ca元素；
（1）根据气态氧化物SO₃分子价电子对数判断；
（2）NH₃中氮氢键极性较强，容易产生分子间氢键，根据相似相容原理判断；根据O-H键和N-H键的极性强弱判断；
（3）根据均摊法判断化学式，形成离子化合物，写出电子式；计算出晶胞摩尔质量，结合密度计算出一个晶胞体积；根据晶胞结构判断配位数；
（4）①加入适量的H₂SO₄的增大离子浓度，可提高导电性；
②燃料电池负极放电时，电极放电产生的CO₂，且能在正极氧气放电时参与电极反应；根据燃料电池负极气体和电解质，写出电极反应式；
③根据“通过电解生成Fe（OH）₃?Fe（OH）₃具有吸附性”，可知Fe做阳极，C棒为阴极；Fe作阳极，失去电子，写出电极反应式；
④C电极发生反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，根据电子守恒计算生成气体体积．

解答： 解：（1）SO₃价电子对数为

6

2

=3，形成3条杂化轨道，配位原子数为3，即3条杂化轨道与3个O原子形成共价键，分子构型为平面三角形，
故答案为：平面三角形；
（2）NH₃空间构型为三角锥形，属于极性分子，又由于NH₃中氮氢键极性较强，容易与水形成分子间氢键；O-H键极性强于N-H键的极性，则O带有较多的“部分负电荷”，更容易与H原子形成氢键，即图1中（b）更为合理，
故答案为：极性分子并且可以形成氢键；（b）；
（3）图2晶胞中，F^-元素位于体内，共有8个微粒，Ca²⁺位于顶点和面心，数目为8×

1

8

+6×

1

2

=4，数目比为2：1，化学式为CaF₂，属于离子化合物，电子式为：；晶胞摩尔质量为4×（40+19×2）=312g/mol，则晶胞摩尔体积为

312

a

L/mol，一个晶胞体积为

312

aNA

；Ca²⁺位于

1

8

晶胞体心，周围有4个F^-，
故答案为：；

312

aNA

；4；
（4）①加入适量的H₂SO₄的增大离子浓度，可提高导电性，故答案为：增强污水的导电性；
②燃料电池负极放电时，电极放电产生的CO₂，且能在正极氧气放电时参与电极反应，即循环物质为CO₂；燃料电池负极气体为CH₄和电解质为熔融碳酸盐，电极反应式为CO₂CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O，故答案为：CO₂；CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O；
③根据“通过电解生成Fe（OH）₃?Fe（OH）₃具有吸附性”，可知Fe做阳极，C棒为阴极；Fe作阳极，失去电子，写出电极反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺，
故答案为：阴；Fe-2e^-═Fe²⁺；
④CH₄物质的量为0.8mol，在反应CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O中，转移电子数为6.4mol，根据C电极发生反应2H⁺+2e^-=H₂↑，可知生成H₂的物质的量为3.2mol，则标况下体积为3.2mol×22.4L/mol=71.68L，
故答案为：71.68L．

点评：本题考查较为全面，涉及到分子空间构型、杂化类型的判断以及有关晶体的计算，还涉及到燃料电池和电解池相关知识，综合性较强，难度中等，如何判断分子空间构型以及有关晶体计算等方法，是该题的重点和难点．