题目内容
7.自然界存在的元素中,金属元素种类更多,非金属元素丰度更大.I.80%左右的非金属元素在现代技术包括能源、功能材料等领域占有极为重要的地位.
(1)氮及其化合物与人类生产、生活息息相关,基态N原子的价电子排布图是
(2)高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N-Si-N>Si-N-Si(填“>”“<”或“=”),原因是Si3N4晶体中Si原子周围有4个N原子,Si原子为sp3杂化,N-Si-N键角为109°28′,N原子周围连接3个Si原子,含有1对孤对电子,N原子为sp3杂化,但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大,使得Si-N-Si键角小于109°28′.
II.金属元素在现代工业中也占据极其重要的地位.其中钛也被称为“未来的钢铁”,具有质轻,抗腐蚀,硬度大,是宇航、航海、化工设备等的理想材料,是一种重要的战略资源,越来越受到各国的重视.
(1)基态钛原子核外共有22种运动状态不相同的电子.金属钛晶胞如下图1所示,为六方最密堆积(填堆积方式).
(2)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,其催化的一个实例如图2.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形成氢键.化合物乙中采取sp3杂化的原子的电负性由大到小的顺序为O>N>C.
(3)钙钛矿晶体的结构如图3所示.假设把氧离子看做硬球接触模型,钙离子和钛离子填充氧离子的空隙,氧离子形成正八面体,钛离子位于正八面体中心,钙离子位于立方晶胞的体心,一个钙离子被12个氧离子包围.钙钛矿晶体的化学式为CaTiO3.若氧离子半径为a pm,则钙钛矿晶体中两个钛离子间最短距离为2$\sqrt{2}$apm.
分析 I.(1)氮元素是7号元素,最外层有5个电子,根据核外电子排布规律可画出价电子排布图;N2F2分子中N原子之间形成N=N双键,N原子与F原子之间形成N-F键,N原子含有1对孤对电子;
(2)Si3N4晶体中Si原子周围有4个N原子,Si原子为sp3杂化,N原子周围连接3个Si原子,含有1对孤对电子,N原子为sp3杂化,但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大;
II.II.(1)核外电子没有运动状态相同的电子;由金属钛晶胞结构可知,属于六方最密堆积;
(2)化合物甲与化合物乙均为分子晶体,但化合物乙分子间可形成氢键;化合物乙中C、N、O三种原子的杂化轨道形成均为sp3,同周期自左而右电负性增大;
(3)钛晶矿晶胞中钛离子与周围六个氧原子包围形成八面体,立方体晶胞共有12个边长,每条边长的中点是一个氧原子,共12个氧原子包围着中心的钙离子,根据均摊法计算图中立方体中各原子数目确定化学式;
若氧离子半径为a pm,则正八面体的棱长为2a pm,则2个正四面体的连接面为正方形,该正方形棱长为2a pm,Ti位于正方形的中心,两个钛离子间最短距离等于正方形对角线长度.
解答 解:I.(1)①氮元素是7号元素,最外层有5个电子,根据核外电子排布规律可画出价电子排布图为
;
N2F2分子结构式为F-N=N-F,分子中N原子含有1对孤对电子,N原子的杂化方式是sp2杂化,l mol N2F2含有3molσ键,即1.806×1024个σ键,
故答案为:
; sp2;1.806×1024;
(2)Si3N4晶体中Si原子周围有4个N原子,Si原子为sp3杂化,N-Si-N键角为109°28′,N原子周围连接3个Si原子,含有1对孤对电子,N原子为sp3杂化,但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大,使得Si-N-Si键角小于109°28′,
故答案为:>;Si3N4晶体中Si原子周围有4个N原子,Si原子为sp3杂化,N-Si-N键角为109°28′,N原子周围连接3个Si原子,含有1对孤对电子,N原子为sp3杂化,但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大,使得Si-N-Si键角小于109°28′;
II.(1)Ti原子核外电子数为22,核外共有22种运动状态不相同的电子;由金属钛晶胞结构可知,属于六方最密堆积;
故答案为:22;六方最密;
(2)化合物乙因分子间存在氢键,则化合物乙的沸点比化合物甲高,化合物乙中C、N、O三种原子的杂化轨道形成均为sp3,同周期自左而右电负性增大,故电负性:O>N>C,
故答案为:化合物乙分子间形成氢键;O>N>C;
(3)钛离子位于立方晶胞的角顶,被6个氧离子包围成配位八面体;钙离子位于立方晶胞的体心,被12个氧离子包围;每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个,晶胞的12个边长上各有一个氧原子,根据均摊原则,每个晶胞实际占有氧原子数目为12×$\frac{1}{4}$=3,则晶胞的化学式为CaTiO3,
若氧离子半径为a pm,则正八面体的棱长为2a pm,则2个正四面体的连接面为正方形,该正方形棱长为2a pm,Ti位于正方形的中心,两个钛离子间最短距离正方形对角线长度,故两个钛离子间最短距离为2$\sqrt{2}$a pm.
故答案为:12;CaTiO3;2$\sqrt{2}$a.
点评 本题是对物质结构的考查,涉及核外电子排布、杂化轨道与空间构型、化学键、氢键、电负性、晶胞结构与计算等,Ⅱ(3)中晶胞结构与计算为易错点、难点,需要显示具备一定的空间想象与数学计算能力.
| A. | 现代元素周期表是按照元素相对原子质量由小到大排列而成的 | |
| B. | 同主族的元素,都是按从上到下的顺序电子层数逐渐增多 | |
| C. | 同周期的元素,都是按从左到右的顺序原子最外层电子数由1递增到8 | |
| D. | 同周期的元素的原子和离子半径,都是按从左到右的顺序逐渐减小 |
| 序号 | A | B | 烧杯中的液体 | 灵敏电流计指针是否偏转 |
| 1 | Zn | Cu | 稀硫酸 | 有 |
| 2 | Zn | Cu | 乙醇 | 无 |
| 3 | Cu | C | 氯化钠溶液 | 有 |
| 4 | Mg | Al | 氢氧化钠溶液 | 有 |
(1)实验1中电流由B极流向A极(填“A”或“B”)
(2)实验4中电子由B极 流向A极,表明负极是铝电极(填“镁”或“铝”)
(3)实验3 表明B
A.铜在潮湿空气中不会被腐蚀 B.铜的腐蚀是会发生的
(4)分析上表有关信息,下列说法不正确的是A
A.相对活泼的金属一旦做负极
B.失去电子的电极是负极
C.烧杯中的溶液,必须是电解质溶液
D.浸入同一电解质溶液中的两个电极,是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属)
| A. | 14C可用于文物年代的鉴定,14C和12C互为同素异形体 | |
| B. | 淀粉和纤维素都是高分子化合物,且都是非电解质 | |
| C. | 制作航天服的聚酯纤维和用于光缆通信的光导纤维都是新型无机非金属材料 | |
| D. | 现代工业生产中芳香烃主要来源于石油化工的催化重整和煤的干馏 |
根据以上信息回答下列问题:
(1)生产过程中X的化学式为Fe.
(2)写出产生CuCl的化学方程式:CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2H2SO4.
(3)在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO2气体,结合化学方程式和必要的文字说明理由Cu+2 H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O反应中生成的CuSO4和 SO2为1:1,所以理论上不需要补充SO2气体.实际生产中SO2要适当过量,原因可能是提高Cu2+的还原速率,同时可以防止生成的Cu+被空气氧化(答一点即可).
(4)实验探究pH对CuCl产率的影响如下表所示:
| pH | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| CuCl产率/% | 70 | 90 | 82 | 78 | 75 | 72 | 70 |
(5)氯化亚铜的定量分析:
①称取样品0.25g和过量的FeCl3溶液于锥形瓶中,充分溶解.
②用0.10mol•L-1硫酸铈标准溶液滴定.已知:CuCl+FeCl3═CuCl2+FeCl2、Fe2++Ce4+═Fe3++Ce3+.三次平行实验结果如下(平行实验结果相差不能超过1%):
| 平行实验次数 | 1 | 2 | 3 |
| 0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的体积(mL) | 24.35 | 24.05 | 23.95 |