碳族元素和硼族元素
- 格式：docx
- 大小：88.30 KB
- 文档页数：11
碳族元素和硼族元素第1题（共6分）实验室制备少量硅一般采用镁粉还原SiO2的方法，然后用稀盐酸洗涤产品以除去杂质。
某同学在进行上述操作时，在制得的产品中加HCI洗涤时突然起火。
（1）请用化学方程式解释：①稀盐酸洗涤产品可除去哪些主要杂质？②为什么加HCI洗涤时突然起火？（2）请设计一个实验来验证你的解释。
（不必画出装置图，也不必指出具体化学药品，不要写方程式，只要简明指出方法。
）1. （共6分）⑴① 2HCI+MgO ^=H2O+MgCI 22HCI+Mg +MgC2② SiO2+4Mg^= Mg2Si +2MgOMg 2Si+4HCI ^=SiH 4+2MgCI 2SiH4+2O 2^^SiO2+2H 2O（2）在N2保护下（或惰性气体），对硅烷气体进行检验。
SiH4+2KMnO 4 ------------- H2+K2SQ3+2MnO 2 J + HO （不要求）（方程式各1分，检验1分）第2题（8分）C60的发现开创了国际科学的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。
经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a=1420pm。
在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K+填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K+和C60一存在，且C60一可近似看作与C60分子半径相同的球体。
已知C的范德华半径为170pm, K+的离子半径133pm。
11-1 掺杂后晶体的化学式为________________ ;晶胞类型为 _____________________ ;如果为C60「顶点，那么K+所处的位置是_______________________ ;处于八面体空隙中心的K+到最邻近的C60_中心的距离是____________________ p m。
11-2 实验表明C60掺杂K+后的晶胞参数几乎没有发生变化，试给出理由。
11-3 计算预测C60球内可容纳的掺杂原子的半径。
第11题（8分）11-1 KC 60面心立方晶胞体心和棱心710pm （各1分，共4分）11-2 C60分子形成面心立方最密堆积，由其晶胞参数可得C60分子的半径：所以C 60分子堆积形成的八面体空隙可容纳的球半径为：r （容纳）=0.414 务堆积）=0.414 502=208pm这个半径远大于 K +的离子半径133pm ,所以对C 60分子堆积形成的面心立方晶胞参数几乎没有影响 （211-3 因r （C 60）=502pm ，所以C 60球心到C 原子中心的距离为： 502-170=332 pm 所以空腔半径，即 C 60球内可容纳原子最大半径为：332-170=162 pm第3题（共11分）2005年1月美国科学家在Scienee 上发表论文，宣布发现了Al 的超原子结构，并预言其他金属原子也可能存在类似的结构，这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现，引起了科学界的广泛关注。
这种超原子是在 Al 的碘化物中发现的，以13个Al 原子或14个Al 原子形成AI 13或Al 14 超原子结构，量子化学计算结果表明，Al 13形成12个Al 在表面，1个Al 在中心的三角二十面体结构， Al 14可以看作是一个 Al 原子跟Al 13面上的一个三角形的 3个Al 形成Al — Al 键而获得的。
文章还指出， Al l3和 Al l4超原子都是具有40个价电子时最稳定。
（1） ______________________________________________________ 根据以上信息可预测 Al 13和Al 14的稳定化合价态分别为 ___________________________________________________ 和 _______ 。
A1 14应具有元素周期表中 哪 ______ 类化学元素的性质，理由是： ________________________________________________________________ （2）对Al 13和A114的Al — Al 键长的测定十分困难，而理论计算表明，Al 13和Al 14中的Al — Al 键长与金属铝的Al — Al 键长相当，已知金属铝的晶体结构采取面心立方最密堆积，密度约为 2.7g/cm 3,请估算Al 13和Al 14 :中Al — Al 的键长。
（3） Al 13三角二十面体中有多少个四面体空隙，假设为正四面体空隙，如果在其中搀杂其他原子，请通过计 算估计可搀杂原子的半径最大为多少？12.（共 11 分）（1） - 1 +2 （Al 13- Al 142+） （2 分，各 1 分） 碱土金属因为Al 14容易失去2个电子而呈现+2价（1分）MZ27 43（2）根据晶体密度公式可得： V 方 a 故晶胞参数a =405pmN A 6.02 102.7因为金属铝形成面心立方晶胞，所以原子半径与晶胞参数之间的关系为：— 2 2 ________________ r (C60)1420502 pm2a 4r 405 pm 143 pm所以估计Al-Al键长约为：2r=2X 143pm=286pm （3分）⑶有20个四面体空隙（2分）设Al的半径为R,正四面体空隙可以填充的内切球半径为1立方体对角线为：[（.2R ） （2R ）2]26R1 6R r R2所以 r （兰 1）R0.225R0.225 143 pm 32.2Pm （3 分）2（2003）第5题（8分） 在30o C 以下，将过氧化氢加到硼酸和氢氧化钠的混合溶液中，析出一种无色晶 体X 。
组成分析证实，该晶体的质量组成为Na 14.90%, B 7.03 % , H 5.24 %。
加热X ,得无色晶体 Y 。
Y含Na 23.0%，是一种温和的氧化剂，常温下在干燥空气里稳定，但在潮湿热空气中分解放氧，广泛用作洗 涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品，也用于有机合成。
结构分析证实 X 和Y 的晶体中有同一种阴离子Z 2-，该离子中硼原子的化学环境相同，而氧原子却有两种成键方式。
4- 1写出X 、Y 的最简式，给出推理过程。
X 的最简式；NaBH 8O 7 Y 的最简式；NaBH 2O 4 （各1分；写成水合物也可）推理过程： Na BX 为NaBH 2O 4 • 3H 2O,贝U Y 中Na 的质量百分数为 23/99.8 = 0.23（若X 是NaBO 3 • 4H 2O ,贝U Y 中Na 的质量分数为23/81.8=0.28不符合题意。
）（1分）4-2用最恰当的视角画出 Z 2-离子的立体结构（原子用元素符号表示，共价键用短线表示）14.90/23.0 = 0.648 7.03/10.8 = 0.6515.24/1.008= 5.20 72.83/16.0=4.55X 变成Y 是脱水过程。
2-（5分；不写“ 2—”不扣分。
）参考图形:（2004年）第13题（9分）88.1克某过渡金属元素 M 同134.4升（已换算成标准状况）一氧化碳完全反 应生成反磁性四配位络合物。
该配合物在一定条件下跟氧反应生成与NaCI 属同一晶型的氧化物。
1 •推断该金属是什么；2 •在一定温度下 MO 可在三氧化二铝表面自发地分散并形成“单分子层” 。
理论上可以计算单层分散量，实验上亦能测定。
（a ）说明MO 在三氧化二铝表面能自发分散的主要原因。
（b ）三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的。
MO 中的氧离子在三氧化二铝表面上形成密置单层。
画出此模型的图形；计算 MO 在三氧化二铝（比表面为 178 m 2/g ）表面上的最大单层分散量（g/m 2）（氧离子的半径为 140 pm ）。
1 • （88.1g/M M ）：（ 134.4L/22.4L mol 1）= 1 : 4 （1 分） M M = 58.7g mol ^1 M 是 Ni （1 分）（共 2 分）2 • （a ）主要原因是混乱度（熵）增加了（从表面化学键角度讨论焓变、熵变和自由能变化也可） 。
（1分）（b ）氧离子在氧化铝表面作密置单层排列，镍离子有规律地填入三角形空隙（图）1 个“ NiO ” 截面:（2r O 2「）2sin120 =（2 >140 沁0一12m ）2sin 120 =6.79 X 0「20m 2 （2 分） 1m 2Al 2O3 表面可铺 NiO 数：1m 2/6.79 > 20m 2= 1.47 >019 （1 分）相当于：74.7g mol 1X1.47 >019m 「2十 6.022 > 023 mol 1= 1.82 >0一3g （NiO ）/m 2（Al 2O 3）（1分）（共4分）（将1个“ NiO ”截面算成6.78 >0一20 m 2，相应的1m 2Al 2O 3表面可铺NiO 数为1.48 >019,不扣分。
磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。
磷 化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。
11-1.写出合成磷化硼的化学反应方程式。
BBr 3+ PBr 3+ 3H 2= BP + 6HBr11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结构。
（2006年）第11题（11分） （1 分）（密置层1分，填隙1分，共2分）（画不画磷上的孤对电子不影响得分）平面三角形三角锥（2 分）Br Br11-3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积， 硼原子填入四面体空隙中。
画出磷化硼的正当晶胞示意图。
已知磷化硼的晶胞参数 a = 478 pm ，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（d B-p ）。
（2007）第6题（12分）尿素受热生成的主要产物与 NaOH 反应，得到化合物 A （三钠盐）。
A 与氯气反 应，得到化合物 B ,分子式GN3QCI 3。
B 是一种大规模生产的化工产品，全球年产达 40万吨以上，我国年生产能力达5万吨以上。
B 在水中能持续不断地产生次氯酸和化合物 C ,因此广泛用于游泳池消毒等。
10-1画出化合物A 的阴离子的结构式。
10-2画出化合物B 的结构式并写出它与水反应的化学方程式。
10-3化合物C 有一个互变异构体，给出 C 及其互变异构体的结构式。
10-4写出上述尿素受热发生反应的配平方程式。
2007第7题（12分）通常，硅不与水反应，然而，弱碱性水溶液能使一定量的硅溶解，生成 Si （OH ）4。
1-1已知反应分两步进行，试用化学方程式表示上述溶解过程。
（注：填入另外四个四面体空隙也可，但不能一层空一层填）（2 分）11-4d B-p =1 3a 1 3 478pm 207pm1E [ L | t-=—V / = — V 3 x 478pm -207pni（4 J4 411-5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影B 原子的投影）。
