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【化学-选修3:物质结构与性质】

南京理工大学化工学院胡炳成教授团队于2017年1月成功合成世界首个全氮阴离子盐,使氮原子簇化合物的研究又有了新的突破。请根据材料回答以下问题:

(1)N、O、F三种元素的第一电离能由大到小的顺序为____(填元素符号);与N2互为等电子体的全氧离子化学式为_______;具有空间网状结构的高聚氮结构如图一所示,则N70的沸点_____(填“>”、“<”或“=”)高聚氮的沸点,原因是_________________;N70和高聚氮属于_____(选填序号)。

A.同素异形体    B.同分异构体    C.同位素      D.同系物

(2)叠氮化物是研究较早的含全氮阴离子的化合物,如:氢叠氮酸(HN3)、叠氮化钠(NaN3) 等。叠氮化物能形成多种配合物,在[Co(N3)(NH3)5]SO4,其中钴显____价,它的配体是____,SO42-的立体构型为___________

(3)HN3是一种全氮阴离子酸,可由肼(N2H4)被HNO2氧化制得。下列说法正确的是____

A.酸性:HNO2>HNO2

B. N2H4分子中N原子均采取sp3杂化

C. NaN3的晶格能小于KN3的晶格能

D.上述生成氢叠氮酸的化学方程式为N2H4+HNO2=2H2O+HN3

(4)N8是一种由全氮阳离子和全氮阴离子构成的特殊物质,已知阳离子由5个氮原子排列成V 形,每个氮原子均达到八电子稳定结构,则阳离子的电子式为_______

(5)一种氮铁化合物的结构如图二所示,若图中六棱柱的体积为Vcm3, 用NA表示阿伏加德罗常数的值,则该晶体的密度为______

 

F>N>O O22+ < N70是分子晶体,高聚氮是原子晶体 A +3 N3-、NH3 正四面体; BD 【解析】(1)N、O、F三种元素均为第二周期元素,通常第一电离能随核电荷数增大呈递增的趋势,但N的3p轨道为半充满结构相对稳定,则三种元素第一电离能由大到小的顺序为F>N>O;等电子体应具有相同的原子数目且价电子数相等,则与N2互为等电子体的全氧离子化学式为O22+ ;N70是分子晶体,而高聚氮为原子晶体,则高聚氮的沸点>N70的沸点;N70和高聚氮均为氮元素的不同单质,两者属于同素异形体; (2)配合物Co[(N3)(NH3)5]SO4中存在SO42-、N3-、NH3,根据正负化合价代数和为0,可知Co为+3价,其中Co的配体为N3-、NH3,硫酸根中心原子的价层电子对为:孤对电子数=0,成键电子对数4,所以为正四面体结构,中心原子为sp3杂化; (3)A.HNO2为弱酸,而HNO3是强酸,故A错误;B.N2H4中氮原子最外层有5个电子,形成三对共用电子对,另外还有一对孤电子对,氮原子采用的都是sp3杂化,故B正确;C.NaN3与KN3结构类似,Na+半径小于K+,所以NaN3的晶格能比KN3大,故C错误;D.肼(N2H4)被HNO2氧化得氢叠氮酸,此反应的化学方程式为N2H4+HNO2=2H2O+HN3,故D正确;答案为BD; (4)全氮阳离子由5个氮原子排列成V 形,每个氮原子均达到八电子稳定结构,可知阳离子的电子式为; (5)该晶体中Fe的原子个数为12×+2×+3=6,N原子数为2,则1mol晶胞的质量为(56×6+14×2)g=364g,则该晶体的密度为=。 点睛:把握常见分子中原子的杂化及空间构型为解答的关键,根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式,价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数,σ键个数=配原子个数,孤电子对个数= (a-xb),a指中心原子价电子个数,x指配原子个数,b指配原子形成稳定结构需要的电子个数.根据n值判断杂化类型:一般有如下规律:当n=2,sp杂化;n=3,sp2杂化;n=4,sp3杂化;中心原子的杂化类型为sp2,说明该分子中心原子的价层电子对个数是3,无孤电子对数,空间构型是平面三角形。    
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考点分析:
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“海绵镍铝催化剂” 是一种多孔的镍铝合金,常用作有机催化剂。现以某粗镍(含Ni、Fe、Cu及难与酸、碱溶液反应的不溶性杂质)为原料制取该催化剂,主要流程如下:

己知:25℃时,以0.1mol/L金属离子测定得到如下数据:

物质

CuS

Cu(OH)2

Ni(OH)2

NiS

Fe(OH)3

Ksp

6×10-36

 

 

3×10-19

 

pH

开始沉淀

 

4.7

7.2

 

1.9

沉淀完全

 

6.7

9.2

 

3.2

 

根据信息回答:

(1)步骤①常用热浓硫酸进行酸浸,写出酸浸时金属镍发生反应的化学方程式__________

(2)酸浸过程应控制酸的浓度、温度等条件,如图是镍的浸出率与温度的关系,温度高于100℃时,Ni2+浸出率降低的原因可能是______________

(3)滤液l中含有0.8mol/LNi2+、0.1mol/LFe3+、0.1mol/LCu2+,步骤②的连续操作过程需要先分离出铁元素、铜元素,再制得镍硫化合物。为达到此目的,应先加NaOH将溶液调节至_______(填pH的取值范围);再加_______(选填最佳试剂的序号)。当溶液中Ni2+开始形成NiS时,c(Cu2+)_______。(忽略溶液体积变化)

A.硝酸        B.氨水      C. A12S3      D.H2S

(4)步骤③生成的Ni(CO)4中碳的化合价与KCN中碳的化合价相同,则Ni(CO)4中Ni的化合价为______;工业上也常用NaClO氧化NiSO4,将制得的NiOOH热分解后进行还原得到Ni。ClO-在碱性条件下氧化Ni2+生成NiOOH的离子方程式为_____________

(5)步骤⑥的目的是降低铝含量、获得多孔状的“海绵镍铝催化剂”,从而增强对氢气的吸附性,步骤⑥的离子方程式为___________________

 

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汽车尾气是导致雾霾天气的重要源头之一,其含有的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂条件下可发生反应。

(一)已知:反应l: N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H1   K1

反应2: CO(g)+ 1/2O2(g)=CO2 (g) △H2   K2

反应3: 2NO(g)+2C0(g)=N2(g)+CO2(g) △H3   K3

则反应3的焓变△H3_______(用△H1和△H2表示 平衡常数K3=_____(用K1和K2表示)。

(二)向1.0L恒容密闭容器中,充入N2O(g)和C0(g),可发生如下反应:

N2O(g)+C0(g) N2(g)+CO2(g),所得实验数据如下表:

实验编号

温度/℃

起始时物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

n(N2O)

n(CO)

n(CO2)

400

0.20

0.30

0.14

500

0.10

0.40

0.080

500

0.30

0.20

A

600

0.60

0.40

B

 

上述实验编号①中,若10min时测得n(N2)=0.12mol,则0至10min内,用CO2表示的平均反应速率以v(CO2)=________

(2)500℃时,欲使N2O的平衡转化率a(N2O)≥80%,则起始时n(N2O):n(CO)≤______

(3)上述实验编号④达平衡时,b____0.24(填“>”、“<”或“=”),原因是_______

(4) N2O(g)+C0(g)N2(g)+CO2(g)的反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化情况如下图所示:

①若在第10min仅改变了一个条件,第20min时是在新条件下达到新的平衡状态,则第10min 时改变的条件可能是_______

②比较CO在第5min和第25min时速率的大小v(5)____v(25)(填>”、“<”或“= ”),你判断的理由是______________

 

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连二亚硫酸钠(Na2S2O4)又称保险粉,在纺织行业中常用于还原染色剂。

己知连二亚硫酸钠具有下列性质:在空气中极易被氧化,不溶于甲醇,易溶于水,遇水迅速分解为亚硫酸氢钠和硫代硫酸钠,在碱性介质中较稳定。回答下列问题:

(1)二氧化硫的制备

原料:亚硫酸钠固体和70%的浓硫酸

(1)仪器①的名称是_______________

(2)实验室制取干燥二氧化硫的装置连接顺序为______(选择上图中部分仪器,按气流方向用小写字毋排序),选择该气体发生装置的原因是________________

(3)设计实验证明二氧化硫具有还原性_______(实验中可选用的试剂有:品红溶液、氢硫酸、溴水,滴有酚酞的氢氧化钠溶液)

(二)保险粉的制备

I.在G装置中加入甲酸钠浓溶液、氢氧化钠,甲醇(溶剂)的混合液;

II:打开K1、K2,一段时间后,向装置中通入二氧化硫;

III.加热一段时间,装置中有黄色晶体析出,并产生大量气体;

IV.过滤、洗涤、干燥,收集产品。

(1)写出步骤II中制备保险粉的化学方程式____________

(2)简述步骤IV保险粉的洗涤方法:在无氧环境中,_________________

(3) 步骤IV干燥保险粉的最佳方法为________(选填序号)。

A.空气中蒸发干燥    B.氯化氢气流中蒸发干燥    C.真空干燥

(三)保险粉的含量测定

铁氰化物滴定法原理是:4K3[Fe(CN)6]+2Na2S2O4+8KOH=3K4[Fe(CN)6]+4Na2SO3+Na4[Fe(CN)6]+4H2O

I.另取一套G装置,加入一定体积的氢氧化钠溶液,通入N2

II.称取样品mg加入装置G中搅拌,溶解,再加入2-3滴亚甲基蓝指示剂;

III.用浓度为cmol·L-1的K3[Fe(CN)6]滴定,至滴定终点时,记录消耗的体积为VmL。

保险粉质量分数表达式为__________(用含c、m、V的代数式表示)。

(2)若在滴定前未向锥形瓶中通氮气,则会导致测定的保险粉含量______(填“偏高”、“偏低”或“无影响”

 

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室温下,浓度均为0.1mol·L-1、体积均为Vo的HA、HB溶液,分别加水稀释至V,pH随的变化如图所示,下列说法正确的是

A. HA为强酸,HB为弱酸    B. 水的电离程度a点大于b点

C. 当pH=2时,HA溶液中    D. 等浓度等体积的HB与Na0H溶液充分反应后,离子浓度关系大小为:c(B-)> c(Na+)>c(H+)>c(OH-)

 

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高铁电池能长时间保持稳定的放电电压,有广泛的应用前景。总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述错误的是

A. 充电时,Zn板应与外接电源的负极相连

B. 放电时,溶液中的OH-从正极向负极移动

C. 正极反应式为:FeO42-+3e-+4H2O= Fe(OH)3+5OH-

D. 充电时,当转移0.2mol电子时,阴极质量增加3.4g

 

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