2018 年 11 月《Nature Energy》报道了中科院大连化学物理研究...

2018 年 11 月《Nature Energy》报道了中科院大连化学物理研究所科学家用 Ni－BaH2/Al2O3、Ni－LiH 等作催化剂，实现了在常压、100~300℃的条件下合成氨。

(1)在元素周期表中，Li、O、H 三种元素的电负性由大到小的顺序为___________；Al 原子核外电子空间运动状态有 8 种，则该原子处于____(填“基态”或“激发态”)。

(2)氨在粮食生产、国防中有着无可替代的地位，也是重要的化工原料，可用于合成氨基酸、硝酸、TNT等。甘氨酸(NH2CH2COOH)是组成最简单的氨基酸，熔点为 182℃，沸点为 233℃。

①硝酸溶液中 NO3‑的空间构型为__________ 。

②甘氨酸中 N 原子的杂化类型为 ________，分子中σ键与π键的个数比为_________；其熔点、沸点远高于相对分子质量几乎相等的丙酸(熔点为－21℃，沸点为 141℃)的主要原因：一是甘氨酸能形成内盐，二是______________。

(3)[Cu(NH3)4]2+在实验室中制备方法如下：向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成蓝色沉淀，继续添加氨水，沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液，请写出蓝色沉淀溶解得到深蓝色溶液的离子方程式___________________。

(4)X－射线衍射分析表明，由 Ni 元素形成的化合物 Mg2NiH4 的立方晶胞如图所示，其面心和顶点均被 Ni 原子占据，所有 Mg 原子的 Ni 配位数都相等。则 Mg 原子填入由 Ni 原子形成的 ___空隙中(填“正四面体”或“正八面体”)，填隙率是____。

(5)已知 Mg2NiH4 晶体的晶胞参数为 646.5 pm，液氢的密度为0.0708 g•cm－3。若以材料中氢的密度与液氢密度之比定义为储氢材料的储氢能力，在 Mg2NiH4 的储氢能力为____________(列出计算式即可)。

O>H>Li 激发态平面三角形 sp3 9:1 甘氨酸分子间形成的氢键数比丙酸分子间形成的氢键数多（或甘氨酸中的氨基使分子间产生氢键） Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O 正四面体 100% 【解析】（1）同一周期元素原子的电负性随着原子序数的递增而增大，同一主族元素原子的电负性随着原子序数的递增而减小，在Li、H、O三种元素中Li的电负性最小，O的电负性最大，则电负性从大到小的顺序为O>H>Li；基态Al原子核外电子空间运动状态有7种，当运动状态不为7种时为激发态；（2）①NO3-的中心原子价层电子对数为=3，孤电子对数为0，所以空间构型为平面三角形； ②甘氨酸中N原子形成两个N-H键和一个N-C键，达到饱和状态，价层电子对数为4，所以为sp3杂化；分子中碳氧双键中存在1个π键，其余均为σ键，所以分子中σ键与π键的个数比为9:1；分子质量相同时，甘氨酸分子间形成的氢键数比丙酸分子间形成的氢键数多（或甘氨酸中的氨基使分子间产生氢键）；（3）蓝色沉淀溶解得到深蓝色溶液的过程是氢氧化铜变成氢氧化四氨合铜的过程，离子方程式为Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O；（4）由晶体结构可知，Ni原子个数为4，所有Mg原子的Ni配位数相等，Mg原子数为8，则Mg原子填入由Ni原子形成的四面体空隙中，空隙占有率为100%；（5）储氢能力==。

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考点分析：

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党的十九大报告中多次提及“绿色环保”、“生态文明”，而 CO2 的有效利用可以缓解温室效应，解决能源短缺问题。

(1)某研究所的科研人员在新型纳米催化剂 Na－Fe3O4 和 HMCM－22 的表面，以 CO2 为碳源，与电解水产生的 H2 催化转化为高附加值的烃类化合物，其过程如图。

图中 CO2 转化为 CO 的反应为：CO2(g) + H2(g)=CO(g) + H2O(g) ΔH1 = + 41 kJ•mol-1。已知：2CO2(g) + 6H2(g)=C2H4(g) + 4H2O(g) ΔH2=－128 kJ•mol-1。图中 CO 转化为 C2H4 的热化学方程式是__________________ 。

(2)甲醇是未来重要的绿色能源之一，在工业中常用 CO、H2 合成甲醇，其反应为：CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3 < 0

①为了探究浓度对反应速率的影响，200℃ 时在 10 L 恒容密闭容器中进行实验，测得的实验数据如下表所示：

实验	起始浓度/(mol·L-1)	初始速率/(mol·L-1·min-1)
CO	H2
1	0.25	0.50	0.391
2	0.25	1.00	0.781
3	0.50	0.50	0.780

该反应速率的通式为 v正=k正 cm(CO)•cn(H2)(k 正是与温度有关的速率常数)。由表中数据可确定反应速率通式中 m =_______、n =_____(取正整数)。实验发现，当实验 1 中 c(H2) = 0.25 mol•L－1时达到平衡，请计算该反应的平衡常数 K = _____。

②若将一定比例的 CO 和 H2 在装有催化剂的反应器中反应 12 小时，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示。

请判断温度为 470 K 时，图中 P 点 _________(填“是”或“不是”)处于平衡状态，490 K 之后，甲醇产率随温度升高而减小的可能原因为：_____、 _____。

(3)近年来，有研究人员用 CO2 通过电催化生成多种燃料，其工作原理如图所示。

①请写出 Cu 电极上产生 CH3OH 的电极反应式：_____________。

②如果Cu 电极上只生成 0.15 mol C2H4 和 0.30 mol CH3OH，则 Pt 电极上产生O2 的物质的量为 ___________mol。

③已知 HCOOH 为一元弱酸，常温下将 0.1 mol•L－1 HCOOH 溶液与 0.1 mol•L－1 NaOH 溶液按体积比 a : b混和(忽略溶液体积的变化)，混合后溶液恰好显中性，则 HCOOH 的电离常数 Ka=_____________(用含 a、b 的代数式表示)。

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碘是人体必需的生命元素，对人类的生长发育起着重要作用。碘主要存在于海草(如海带)、海水和盐矿中。某小组同学设计如下实验流程模拟从海草中提取碘。

(1)灼烧海草时，除需要三脚架外，还需要用到的下列仪器有_____(填标号字母)。

A.烧杯 B.坩埚 C.表面皿 D.泥三角 E.酒精灯 F.干燥管

(2)“氧化” 是关键步骤。小组同学设计实验探究 KI 溶液的氧化反应，实验记录如表所示：

序号

实验

操作

现象

Ⅰ

先加 0.5 mL 0.5 mol/L

NaClO 溶液，后滴几滴淀粉溶液

溶液先变为浅黄色后溶液变蓝

Ⅱ

先加 0.5 mL 0.5 mol/L KI

溶液后滴几滴淀粉溶液

先溶液保持无色后溶液也不变蓝，且 pH=10

①实验Ⅰ中溶液变为浅黄色所发生反应的离子方程式是：_________________ 。

②对比实验 I 和 II，探究实验 II 反应后“溶液不变蓝”的原因，小组同学提出两种假设：

假设 1：NaClO 溶液显碱性，I2 在碱性溶液发生歧化反应 3I2 +6OH－= IO3－+ 5I－+ 3H2O。

假设 2：NaClO 溶液有强氧化性，可氧化 I2。

(a)NaClO 溶液显碱性的原因： __________(用离子方程式表示)。

(b)设计实验 III，证实假设 2 成立，所用装置如图所示，甲溶液是___________ ，实验现象是______________。

③小组同学又设计了如下实验：

序号	实验	操作	现象
Ⅳ		敞口试管	2 小时后滴加淀粉溶液才出现蓝色
Ⅴ	敞口试管水浴 70℃	20 min 溶液保持无色，冷却至室温后滴加淀粉溶液出现蓝色
Ⅵ	密闭试管水浴 70℃	溶液迅速出现黄色，且黄色逐渐加，冷却至室温后滴加淀粉溶液出现蓝色

(a)分析实验Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ，得出影响氧气氧化 KI 溶液的反应速率的因素有 ____、_____ 。

(b)试解释与实验Ⅵ相比，实验Ⅴ速率较慢的原因 _____________。

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钼酸钠晶体(Na2MoO4•2H2O)是白色菱形结晶体，毒性较低，对环境污染污染程度低，可作新型水处理剂和金属腐蚀抑制剂。工业上利用钼精矿(主要成分是不溶于水的 MoS2)制备钼酸钠的两种途径如图所示。

(1)途径Ⅰ焙烧过程中，为了提高焙烧效率，除增大空气量外还可以采用的措施有___；在该过程的主要反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比为________。

(2)途径Ⅱ氧化时还有 Na2SO4 生成，则反应的离子方程式为 ____________。

(3)已知途径Ⅰ的钼酸钠溶液中 c(MoO42－)＝0.40 mol•L－1，c(CO32－)＝0.10 mol•L－1。由钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时，需加入 Ba(OH)2 固体以除去 CO32－。在不损失 MoO42－的情况下，CO32－的最大去除率是 ____________ [已知 Ksp(BaCO3)＝1×10-9、Ksp(BaMoO4)＝4.0×10－8，忽略溶液的体积变化]。