第1个回答 2012-02-28
第一题:人造元素丰收年，一年间得到第114、116和118号三个新元素。按已知的原子结构规律，118号元素应是第__ 第__族元素，它的单质在常温常压下最可能呈现的状态是__（气、液、固选一填入）态。近日传闻俄国合成了第166号元素，若已知原子结构规律不变，该元素应是第__周期第____族元素。
第二题 金属多卤化物中一般没有F离子，但少数一些含有F离子的多卤化物可以稳定存在，BaFBr就是一例。在BaFBr晶体的四方晶胞（a=b≠c，α=β=γ=90°）中，Ba离子占据晶胞的体心附近与顶点的位置，F离子在晶体中构成一层层正方形网格， Br离子可看作构成类似F离子的网格，不同的是Br离子是ABAB型堆积的。问：
1、你认为金属多卤化物中一般没有F离子的主要原因是什么：
2、在右边的框中画出BaFBr的晶胞：
3、晶体中同种离子的空间环境是否均相同？
4、F、Br离子的阳离子配位数分别为多少：
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第三题（18分）碳化硅（SiC）俗名“金刚砂”，有类似金刚石的结构和性质。其空间结构中碳硅原子相间排列，右图所示为碳化硅的晶胞（其中●为碳原子，○为硅原子）。已知：碳原子半径为7.7×10－11m，硅原子半径为1.17×10－10m，SiC晶体密度为3.217g/cm3）
1．SiC是 晶体，碳、硅原子杂化类型都是 ，键角都是 ，三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式（船、椅）六元环。
2．如右图所示碳化硅晶胞，从立方体对角线的视角观察，画出一维空间上碳、硅原子的分布规律（注意原子的比例大小和相对位置，至少画两个周期）
3．从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布，请在二维平面是画出碳原子的分布规律（用●表示，至少画15个原子，假设片层碳原子间分别相切）；
计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系
再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在所画片层的 （原子、切点、空隙）上，且这两个片层的碳原子 （相对、相错）
4．如果我们以一个硅原子为中心考虑，设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d，则与硅原子次近的第二层有 个原子，离中心原子的距离是 ，它们都是 原子。
5．如果我们假设碳、硅原子是刚性小球，在晶体中彼此相切，请根据碳、硅原子半径计算SiC的密度，再根据理论值计算偏差，并对产生偏差的原因作一合理解释。
6．估算SiC晶体的原子占据整个空间的百分数，只需给出一个在5%以内的区间。
第四题．（6分）
金属铌能与卤素形成簇状化合物，下图所示为三种NbaXb的结构单元。它们的共同特点是六个Nb原子形成八面体骨架，卤原子通过双桥基（－X－）或三桥基（ ）与Nb原子相连，结构单元之间通过双桥基相连。请据图写出以下三个物质的化学式：
第五题．（9分）
阅读①②③有关光合作用与葡萄糖的材料，回答下问题：
①．光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，生物体生命活动所需的有机物与能量，从根本上说都来自光合作用。在绿色植物光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.88×10－7m的光子（一个光子的能量为E＝hc/λ，h＝6.63×10－34J•s），同时每放出1mol O2，植物储存469kJ能量。
②．糖是体内的主要能源，人体所需的各种热量，70%由糖类提供。理论上，每摩尔葡萄糖在体内完全氧化时，释放的热量为2872kJ。葡萄糖完全氧化分解时的能量变化方程式为：
C6H12O6＋6O2＋38H3PO4＋38ADP→6CO2＋44H2O＋38ATP
ATP＋H2O→ADP＋H3PO4＋30.6kJ
③．假想把光合作用的逆过程设计成原电池，在一个电极上把O2还原成水，而在另一个电极上把葡萄糖氧化成CO2，该原电池的电动势为1.24V。
1．估算光合作用中绿色植物的能量转换效率 （保留3位有效数字）
2．人体内葡萄糖完全氧化分解时，能量的利用率为 （保留3位有效数字）
3．写出原电池正负极的电极反应式和总反应式。
第六题（6分）
在极性分子中，正电荷重心同负电荷重心间的距离称偶极长，通常用d表示。极性分子的极性强弱同偶极长和正（或负）电荷重心的电量（q）有关，一般用偶极矩（μ）来衡量。分子的偶极矩定义为偶极长和偶极上一端电荷电量的乘积，即μ=d•q。试回答以下问题：
1．O3、SF6、CH2Cl2、P4O6 4种分子中μ＝0的是 ；
2．对硝基氯苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯，3种分子的偶极矩由大到小的排列顺序是： ；
3．实验测得：μPF3＝1.03德拜、μBCl3＝0德拜。由此可知，PF3分子是 构型，BC13分子是 构型。
4．治癌药Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，Pt处在四边形中心，NH3和Cl分别处在四边形的4个角上。已知该化合物有两种异构体，棕黄色者μ＞0，淡黄色者μ=0。试画出两种异构体的构型图，并比较在水中的溶解度。
构型图：淡黄色 ，棕黄色 ；在水中溶解度较大的是 。
第七题（12分）
1．叠氮离子N3－经由氨基钠与NO3－离子或N2O在一定温度下合成，试写出这些反应的离子方程式；
2．N3－离子中N的氧化数为多少？其中氮原子（中心）采取何种杂化类型？写出两种与N3－离子是等电子体的物种；
3．HN3（叠氮酸）有哪些可能的共振结构？标明每个共振结构中所有原子的形式电荷。讨论HN3分子中三个氮原子之间键长的长短；
4．离子型叠氮化物是不稳定的，但它可以在室温下进行操作，可以作为机动车的“空气袋”，为什么？
5．氮气的大规模制备是通过分馏液态空气来实现。随着氮气的大量使用，仍然促使人们建立某种比空气液化和分馏法成本更低的制备工艺。请你设想在室温下由空气分离氮气和氧气的方法（加上必要的说明）。
第八题．（19分）某同学在学习等径球最密堆积（立方最密堆积A1和六方最密堆积A3）后，提出了另一种最密堆积形式Ax。如右图所示为Ax堆积的片层形式，然后第二层就堆积在第一层的空隙上。请根据Ax的堆积形式回答：
1． 计算在片层结构中（如右图所示）球数、
2． 空隙数和切点数之比
2．在Ax堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体空隙。请在片层图中画出正八面体空隙（用•表示）和正四面体空隙（用×表示）的投影，并确定球数、正八面体空隙数和正四面体空隙数之比
3．指出Ax堆积中小球的配位数
4．计算Ax堆积的原子空间利用率。
5．计算正八面体和正四面体空隙半径（可填充小球的最大半径，设等径小球的半径为r）。
6．已知金属Ni晶体结构为Ax堆积形式，Ni原子半径为124.6pm，计算金属Ni的密度。（Ni的相对原子质量为58.70）
7．如果CuH晶体中Cu＋的堆积形式为Ax型，H－填充在空隙中，且配位数是4。则H－填充的是哪一类空隙，占有率是多少？
8．当该同学将这种Ax堆积形式告诉老师时，老师说Ax就是A1或A3的某一种。你认为是哪一种，为什么？
第九题:NO2是一奇电子分子，在413K以下能二聚成无色的抗磁性气体N2O4，超过423K时，NO2发生分解。N2O4被用作第一艘登月飞船的液体推进系统中的氧化剂，其主要燃料是肼。N2O4仅在固态时是纯净物质，其熔点为264K，沸点为294K。X射线衍射分析结果表明：N2O4分子是平面状结构，且所有的N—O键长都相等。当N2O4为液态时，能够微弱地解离生成硝酸亚硝酰盐。
1．写出N2O4在登月飞船的液体推进系统中所发生主要反应的方程式；
2．说明N2O4分子中N原子的杂化方式和成键情况；N2H4分子是否与N2O4具有类似的空间构型，为什么。
3．将铜溶于乙酸乙酯的N2O4溶液中可制得无水硝酸铜，写出这个制备反应的化学方程式。
第一题答案: 七; 零; 气; 八; VIA
第二题 金属多卤化物中一般没有F离子，但少数一些含有F离子的多卤化物可以稳定存在，BaFBr就是一例。在BaFBr晶体的四方晶胞（a=b≠c，α=β=γ=90°）中，Ba离子占据晶胞的体心附近与顶点的位置，F离子在晶体中构成一层层正方形网格， Br离子可看作构成类似F离子的网格，不同的是Br离子是ABAB型堆积的。问：
1、你认为金属多卤化物中一般没有F离子的主要原因是什么：
2、在右边的框中画出BaFBr的晶胞：(4分)
3、晶体中同种离子的空间环境是否均相同？
4、F、Br离子的阳离子配位数分别为多少：
F离子为4，Br离子为5(各2分)
第三题1．原子 sp3 109°28’ 椅（各0.5分）
2． （空隙长度等于碳、硅原子直径和）（2分）
3．如右图所示，一个碳原子周围是六个碳原子（2分） 1︰3︰2（1分） 空隙 相错（1分）
4．12 2 d/3 硅（各1分）
5．晶胞质量为4×(12.01＋28.09)/NA g，
晶胞体积为[(1.17＋0.77)×10－8×4/ ]3cm3，
密度为2.96（2分）
偏差：(2.96－3.217)/3.217＝－7.94%（数据可以有偏离，但应给出负号）（1分）
密度偏小，说明实际晶胞体积比计算值小，即碳、硅原子间的距离应比两个半径小，实际上碳、硅原子间有共价键作用，而不能假设成相切（是相交）。（2分）
6． 38.3%～41.7%（利用原子体积与晶胞体积之比）
四题．Nb6F15 Nb6Cl14 Nb6I11（各2分）
五题．1．33.7%（3分）
2．40.5%（3分）
3．正极 O2＋4H++4e→2H2O（1分）
负极 C6H12O6＋6H2O―24e→6CO2＋24H+ （1分）
总反应 C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O（1分）
六题1．SF6、P4O6（2分，多一个或漏一个各扣1分）
2．邻＞间＞对（1分）
3．三角锥形 平面三角形（1分）
4． （1分） 棕黄色者（1分）
七题:1．3NH2－＋NO3－＝N3－＋3OH－＋NH3；2NH2－＋N2O＝N3－＋OH－＋NH3（3分，产物中有H2O，无NH3扣1分）
2．N3－中N的氧化数为－1/3，N原子均采取sp杂化。N3－的等电子体物种如CO2、N2O、NO2＋。（3分）
3．HN3：按稀有气体结构计算各原子最外层电子数之和n0＝2＋3×8＝26，而各原子价电子数之和nv＝1＋3×5＝16，故成键数为(26－16)/2＝5，孤对电子的对数为(16－5×2)/2＝3（对）。 HN3的共振结构（如右图）：由于N（a）－N（b）键级为1.5，而N（b）－N（c）键级为2.5，故N（a）－N（b）的键长要比N（a）一N（c）的长。（3分）
4．离子型叠氮化物虽然可以在室温下存在，但在加热或撞击时分解为氮气和金属（不爆炸），故可作为“空气袋”。（1分）
5．可用物理吸附法或化学反应法，如用分子筛吸附氧；用合成载氧体吸氧或用乙基蒽醇与氧反应生成H2O2等，随后再放出氧。（2分，方法1分，说明1分，答出一类即可）
八题．1．1:1:2（2分）
一个球参与四个空隙，一个空隙由四个球围成；一个球参与四个切点，一个切点由二个球共用。
2．图略，正八面体中心投影为平面◇空隙中心，正四面体中心投影为平面切点
1:1:2（2分）
一个球参与六个正八面体空隙，一个正八面体空隙由四个球围成；一个球参与八个正四面体空隙，一个正四面体空隙由四个球围成。
3．小球的配位数为12（1分）
平面已配位4个，中心球周围的四个空隙上下各堆积4个，共12个。
4．74.05%（3分）
以4个相邻小球中心构成底面，空隙上小球的中心为上底面的中心构成正四棱柱，设小球半径为r，则正四棱柱边长为2r，高为 r，共包括1个小球（4个1/4，1个1/2），空间利用率为
5．正八面体空隙为0.414r，正四面体空隙为0.225r。（4分）
6．8.91g/cm3（3分）
根据第4题，正四棱柱质量为58.70/NAg，体积为1.094×10－23cm3。
7．H－填充在正四面体空隙，占有率为50%（2分）
正四面体为4配位，正八面体为6配位，且正四面体空隙数为小球数的2倍。
8．Ax就是A1，取一个中心小球周围的4个小球的中心为顶点构成正方形，然后上面再取两层，就是顶点面心的堆积形式。底面一层和第三层中心小球是面心，周围四小球是顶点，第二层四小球（四个空隙上）是侧面心。（2分）
也可以以相邻四小球为正方形边的中点（顶点为正八面体空隙），再取两层，构成与上面同样大小的正方体，小球位于体心和棱心，实际上与顶点面心差1/2单位。
九．1．N2O4＋2N2H4===3N2＋4H2O
2．N2O4中N采取sp2杂化，5个σ键（一个N—N键，4个N—H键），一个 键。N2H4分子中N原子sp3杂化，6个原子不可能共平面。
3．Cu＋2N2O4===Cu(NO3)2＋2NO↑
N2O4自偶电离N2O4 NO＋＋NO3－，Cu与N2O4反应失电子给NO＋，放生成NO和Cu(NO3)2。