- 物质性质的研究
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已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题:
(1)X元素原子基态时的电子排布式为 ,该元素的符号是 。
(2)Y元素原子的电子排布图为 ,元素X与Y的电负性比较:X Y(填“＞”或“＜”)。
(3)X与Z可形成化合物XZ3,该化合物的空间构型为 。
(4)由元素X与镓元素组成的化合物A为第三代半导体。已知化合物A的晶胞结构如图所示。(黑球位于立方体内,白球位于立方体顶点和面心)
请写出化合物A的化学式 ;化合物A可由(CH3)3Ga和AsH3在700 ℃下反应制得,反应的化学方程式为 。
(5)已知(CH3)3Ga为非极性分子,则其中镓原子的杂化方式为 。
正确答案
(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 (其他合理答案也给分) As
(2)
(3)三角锥形
(4)GaAs (CH3)3Ga+AsH3
(5)sp2杂化
X的最外层电子排布为4s24p3,故为33As;2p轨道有两个未成对电子,可能是6C或8O,因Y能够与砷形成As2Y3化合物,故Y为8O;As、O、Z的原子序数之和为42,故Z为1H。
(2)周期表中氧元素在砷元素的右上方位置,故电负性氧大于砷。
(3)AsH3的结构与氨相似,为三角锥形。
(4)As位于晶胞内,有4个。Ga的个数为:8×1/8+6×1/2=4,故化学式为GaAs。
(5)因分子为非极性分子,故空间结构对称,Ga原子处于正三角形的中心,而三个C原子位于三角形的三个顶点上。中心原子Ga为sp2杂化。
(13分)（1）A、B、D为短周期元素，请根据信息回答问题：
①第一电离能：A B（填“>”、“＝”、“<”），基态D原子的电子排布式为 。
②B和D由共价键形成的某化合物BD在2200℃开始分解，BD的晶体类型为 。
（2）发展煤的液化技术被纳入“十二五规划”，中科院山西煤化所关于煤液化技术的高效催化剂研发项目取得积极进展。已知：煤可以先转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇（CH3OH）,从而实现液化。
①某含铜离子的离子结构如右图所示：
在该离子内部微粒间作用力的类型有： （填字母）。
A．离子键 B.极性键 C.非极性键 D.配位键 E.范德华力 F.氢键
②煤液化获得甲醇,再经催化得到重要工业原料甲醛(HCHO)，甲醇的沸点为65℃，甲醛的沸点为－21℃，两者均易溶于水。甲醇的沸点比甲醛高是因为甲醇分子间存在着氢键，而甲醛分子间没有氢键。甲醇和甲醛均溶于水，是因为它们均可以和水形成分子间氢键。请你说明甲醛分子间没有氢键的原因是 。
③甲醇分子中，进行sp3杂化的原子有 ，甲醛与H2发生加成反应，当生成1mol甲醇时，断裂的∏键的数目为
正确答案
（1）① < (1分) ，1s22s22p63s23p1 (2分) ②原子晶体 (2分)
（2）① B、C、D 、F(2分)
②甲醛分子中氢原子与碳原子形成共价键，碳的电负性较小，不构成形成氢键的条件（或甲醛分子中的氢不够活泼、不够显电正性等）。(2分)
③C、O (2分) NA (2分)
（1）空气中能助燃的是氧气，因此A是O。氢化物水溶液显碱性的是氨气，则B是N。D有3个电子层，属于第三周期，离子半径最小，属于D是Al。氮原子的2p轨道是半充满的，稳定性强，所以第一电离能大于氧原子的。铝的原子序数是13，根据构造原理可知基态电子的排布式为1s22s22p63s23p1。AlN的熔点很高，且是由共价键构成的，因此属于原子晶体。
（2）根据结构示意图可判断，氮和氮之间、碳和碳之间形成非极性键，氮和碳之间形成极性键。又因为氮原子含有孤电子对，可以和铜形成配位键。同时氮原子也可以和氢原子形成氢键，所以答案是BCDF；在甲醛中氢原子和碳原子形成极性键C－H单键，由于碳的非金属性比较弱，即电负性小，属于形成的极性键的极性不够强，因此不能形成氢键。而氧的电负性大，O－H的极性大，容易形成氢键；甲醇的结构简式为CH3OH，结构式为
如图所示是前四周期的五种元素在周期表中的相对位置关系．乙和丁的原子序数之和为甲的4倍，则
（1）用电子式表示丁的气态氢化物的形成过程为：______；
（2）乙、丁按原子个数比1：3组成的化合物电子式为（各原子最外层均达到8e-稳定结构）______；
（3）丙的气态氢化物的结构式为______；
（4）戊的原子序数为______；在元素周期表中的位置为第______周期______族；
（5）原子半径大小关系为：丁______戊；（简单）离子半径大小关系为：丙______丁；
（6）乙、丙、丁的最高价氧化物水化物中，不属于强酸的是______（填化学式）；
（7）甲和丙形成的某化合物A可以使下列溶液褪色：①溴水②品红溶液③高锰酸钾酸性溶液④滴有酚酞的氢氧化钠溶液，其中A表现漂白性的是______（填序号）．
正确答案
前四周期的五种元素，由甲、丙、戊的位置可知，不是处于第一列与最后一列，故甲、丙、戊分别为二、三、四周期，结合乙、丙、丁相邻可知，应处于过渡元素之后．令甲的原子顺序为x，则乙的原子序数为x+8-1=x+7，丁的原子序数为x+8+1=x+9，乙和丁的原子序数之和为甲的4倍，则x+7+x+9=4x，解得x=8，故甲为O、乙为P、丙为S、丁为Cl、戊为Se，
（1）丁的气态氢化物为HCl，用电子式表示形成过程为
故答案为：
（2）乙、丁按原子个数比1：3组成的化合物为PCl3，各原子最外层均达到8e-稳定结构，其电子式为
（3）丙的气态氢化物为H2S，结构式为H-S-H，故答案为：H-S-H；
（4）戊为Se，原子序数为16+18=34，在元素周期表中的位置为第四周期ⅥA族，故答案为：34；四、ⅥA；
（5）同主族自上而下原子半径增大，同周期自左而右原子半径减小，故原子半径：丁＜戊；丙、丁简单离子的电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径：丙＞丁，故答案为：＜；＞；
（6）乙、丙、丁的最高价氧化物水化物中，硫酸、高氯酸为强酸，磷酸为中强酸，不属于强酸的是H3PO4，故答案为：H3PO4；
（7）甲和丙形成的某化合物A为SO2，与溴水、高锰酸钾酸性发生氧化还原反应，使它们颜色褪去，二氧化硫表现还原性，使品红溶液褪色表现漂白性，与滴有酚酞的氢氧化钠溶液反应，使其褪色，表现二氧化硫是酸性氧化物性质，
故答案为：②．
（12分）本题包括A、B两小题，分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修模块的内容。请选定其中一题，并在相应的答题区域内作答。若两题都做，则按A题评分。
A．《物质结构与性质》2010年上海世博会场馆，大量的照明材料或屏幕都使用了发光二极管（LED）。目前市售LED品片，材质基本以GaAs（砷化镓）、AlGaInP（磷化铝镓铟）、InGaN（氮化铟镓）为主。砷化镓的品胞结构如图10。试回答：
图10
（1）镓的基态原子的电子排布式是 。
（2）砷化镓品胞中所包含的砷原子（白色球）个数为 ，与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为 。
（3）下列说法正确的是 （填字母）。
A．砷化镓品胞结构与NaCl相同
B．第一电离能：As>Ga
C．电负性：As>Ga
D．砷化镓晶体中含有配位键
E．GaP与GaAs互为等电子体
（4）N、P、As处于同一主族，其氢化物沸点由高到低的顺序是 。
（5）砷化镓可由（CH3）3Ga和AsH3在700℃时制得。（CH3）3Ga中镓原子的杂化方式
为 。
B．《实验化学》某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。
⑴提出假设
①该反应的气体产物是CO2。
②该反应的气体产物是CO。
③该反应的气体产物是 。
⑵设计方案 如图11所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。
图11
⑶查阅资料
氮气不与碳、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热反应制得氮气。
请写出该反应的离子方程式： 。
⑷实验步骤
①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；
②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；
③停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水（足量）变浑浊；
④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g；
⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g。
步骤②、④中都分别通入N2，其作用分别为 。
⑸数据处理
试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式 。 ⑹实验优化 学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。
①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液，其理由是 。
②从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案： 。
正确答案
A．《物质结构与性质》
（1）l s22s22p63s23p63d104s24p1（或[Ar]3d104s24p1）（2分）
（2）4（2分） 正四面体（2分）
（3）BCDE（2分，写对1个得0分，写对2～3个得1分，有错得0分）
（4）NH3>AsH3>PH3 （2分）
（5）sp2（2分）
B．《实验化学》
⑴CO2、CO的混合物 ⑶NH4++NO2—N2↑+2H2O
⑷步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收
⑸2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑
⑹①Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全；M (BaCO3)＞M(CaCO3)，称量时相对误差小。
②在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置
（每空2分，共12分）
A．《物质结构与性质》
（1）根据构造原理可知，核外电子排布式为l s22s22p63s23p63d104s24p1。
（2）白球位于顶点和面心处，所以个数是8×/8＋6×1/2＝4.根据结构图可知，空间构型为正四面体。
（3）根据氯化钠的晶胞可知A不正确。砷的4p是半充满，稳定性强，所以第一电离能大，B正确。砷的非金属性强于镓的，C正确.砷原子核外含有孤电子对，所以可以形成配位键，D正确。价电子和原子数均相同的称为等电子体，P和As属于同一主族，属于等电子体，E正确。
（4）氨气中含有氢键，所以沸点最高，顺序为NH3>AsH3>PH3。
（5）镓原子的最外层电子数是3个，形成3个单键，没有孤电子对，所以是sp2杂化。
B．《实验化学》
（1）根据假设①②可知，假设③应该是CO2、CO的混合物。
（3）生成物有氮气，说明是氧化还原反应，反应式为NH4++NO2—
（4）在实验过程中应防止空气参与反应，所以实验前用氮气排尽装置中的空气。实验结束后，为了把生成的气体全部排出，又需要用氮气排尽生成的气体。
（5）根据⑤可知生成物CO2的物质的量是
（6）氢氧化钙的溶解度小，溶液的浓度低，吸收CO2的效果差。氢氧化钡的溶解度大，吸收CO2的效果要好。且碳酸钡的相对分子质量大于碳酸钙的，称量时误差小。CO有毒，因此要有尾气处理装置。
原子序数由小到大排列的四种短周期元素X、Y、Z、W，四种元素的原子序数之和为32，在周期表中X是原子半径最小的元素，Y、Z左右相邻，Z、W位于同主族．
（1）X元素是______（填名称），W在周期表中的位置______．
（2）X与Y 形成化合物的电子式为______，X与W组成的化合物中存在______键（填“离子”“共价”）．
（3）写出实验室制备YX3的化学方程式：______
（4）由X、Y、Z、W四种元素组成的一种离子化合物A，已知1mol A能与足量NaOH浓溶液反应生成标准状况下44.8L气体．则A的名称是______．
（5）由X、Y、Z、W和Fe五种元素组成的式量为392的化合物B，1mol B中含有6mol结晶水．对化合物B进行如下实验：
a． 取B的溶液加入过量浓NaOH溶液并加热，产生白色沉淀和无色刺激性气味气体．过一段时间白色沉淀变为灰绿色，最终变为红褐色；b． 另取B的溶液，加入过量BaCl2溶液产生白色沉淀，加盐酸沉淀不溶解则B的化学式为______．
正确答案
根据原子序数由小到大排列的四种短周期元素X、Y、Z、W，在周期表中X是原子半径最小的元素，则X为H；Z、W位于同主族，设Z的原子序数为x，则W的原子序数为x+8，Y、Z左右相邻，Y的原子序数为x-1，由四种元素的原子序数之和为32，则1+（x-1）+x+（x+8）=32，解得x=8，即Y为N，Z为O，W为S，
（1）X为H，其名称为氢，W为S，位于元素周期表中第三周期第ⅥA族，故答案为：氢；第三周期第ⅥA族；
（2）H原子最外层有1个电子，N原子最外层有5个电子，则氨气的电子式为
，H、S之间以共用电子对形成化合物，则以共价键结合，
故答案为：
；共价；
（3）①实验室制取氨气利用氯化铵与碱石灰共热来反应得到，该反应为2NH4Cl+Ca（OH）2 
故答案为：2NH4Cl+Ca（OH）2 
（4）X、Y、Z、W四种元素组成的一种离子化合物中的阳离子为NH4+，阴离子为硫酸根离子或硫酸氢根离子，但1mol A能与足量NaOH浓溶液反应生成标准状况下44.8L气体，
则1molA中含有2molNH4+，则A为硫酸铵，故答案为：硫酸铵；
（5）由X、Y、Z、W和Fe五种元素组成的式量为392的化合物B，由B的溶液加入过量浓NaOH溶液并加热，产生白色沉淀和无色刺激性气味气体．过一段时间白色沉淀变为灰绿色，最终变为红褐色可知B中含有Fe2+、NH4+，另取B的溶液，加入过量
BaCl2溶液产生白色沉淀，加盐酸沉淀不溶解，则B中含有硫酸根离子，又1mol B中含有6mol结晶水，由相对分子质量为
392及化合物中正负化合价的代数和为零可知，B为（NH4）2Fe （SO4）2•6H2O，故答案为：（NH4）2Fe （SO4）2•6H2O．
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