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【题目】党的十八大以来,我国在科技创新和重大工程建设方面取得了丰硕成果,在新时代更需要新科技创新世界。201835,《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现,第一作者均为中国科大10级少年班现年仅21岁的曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲),石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(如图乙)。

1)图乙中1C与相邻C有无形成π__________(填、或)。

2)图甲中1C的杂化方式________。该C与相邻C形成的键角______(填“>”“<”“=”1200

3)我国制墨工艺是将50nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水,在相同条件下所得到的分散系后者更为稳定,其原因是____________________

4)石墨烯可转化为富勒烯(C60,某金属MC60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为______________,该材料的化学式为_______________

5)金刚石与石墨都是碳的同素异形体。若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为___________(用含π的代数式表示)。

6)一定条件下,CH4CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4H2O形成的水合物晶体俗称可燃冰

可燃冰中分子间存在的2种作用力是_________

②有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm,结合图表从物质结构及性质的角度分析,该设想能否实现:________ (填、或)。

可燃冰与二氧化碳替换的水合物的熔点较高的是_________

参数

分子

分子直径/nm

分子与H2O的结合能E/kJ·mol-1

CH4

0.436

16.40

CO2

0.512

29.91

【答案】 sp2 = 氧化石墨烯可与水形成氢键更稳定 12 M3C60 π×100% 氢键、范德华力 二氧化碳替换的水合物

【解析】

1)图乙中,1号碳原子形成4个共价单键;

2)每个C原子要形成4个共价键,根据图知,每个C原子形成2个共价单键、1个共价双键,共价单键为σ键、共价双键中1个是σ键、1个是π键;

3)氧化石墨烯粒可与水分子形成氢键,稳定性增强;

4M原子位于晶胞的棱上与内部,C60分子位于顶点和面心,利用均摊法确定M原子和C60分子的个数比,从而确定化学式;

5)根据空间占有率=×100%计算;

6)①可燃冰中存在水分子,水分子中存在分子间作用力和氢键;

②依据表格得出二氧化碳的分子直径小于0.586nm,且与水的结合能力为29.91大于16.40

1)图乙中,1号碳原子形成4个共价单键,所以其价层电子对个数是4,图乙中1C与相邻C没有形成π键,故答案为:无;

2)每个C原子要形成4个共价键,根据图知,每个C原子形成2个共价单键、1个共价双键,共价单键为σ键、共价双键中1个是σ键、1个是π键;图甲中1C的杂化方式sp2。该C与相邻C形成的键角=1200。故答案为: sp2 =

3)氧化石墨烯粒可与水分子形成氢键,而石墨烯不能,形成氢键使稳定性增强,

故答案为:氧化石墨烯可与水分子形成分子间氢键而石墨烯不能;

4)如图M原子位于晶胞的棱上与内部,棱上有12M,内部有9M,其个数为12× +9=12C60分子位于顶点和面心,C60分子的个数为+6×=4M原子和C60分子的个数比为31,则该材料的化学式为M3C60

故答案为:12M3C60

5)金刚石晶胞如图,该晶胞中C原子个数4+8×+6×=8,金刚石体对角线上的四个原子紧密相连,晶胞棱长a=r,晶胞体积=a3,所有原子体积=πr3×8,空间占有率=×100%=×100%=π×100%

故答案为:π×100%

6)①CH4H2O形成的水合物俗称可燃冰,分子晶体中作用力是范德华力,水分子之间存在氢键,

故案为:氢键、范德华力;

②由表格可知:二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径,即0.5120.586,能顺利进入笼状空腔内,且二氧化碳与水的结合能力强于甲烷,即29.9116.40,二氧化碳替换的水合物的相对分子质量大,熔点较高;

故答案为:能;二氧化碳替换的水合物。

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】铁及其化合物在日常生活中有广泛的应用,回答下列问题。

(1)K2FeO4给水消毒、杀菌时得到的Fe3+可以净水,Fe3+净水原因是____________(用离子方程式表示);但Fe3+净水要腐蚀设备,在腐蚀钢铁设备时,除H+作用外,另一主要原因是________________________________

(2)钢铁腐蚀造成很大损失,用如图装置防止钢铁腐蚀(烧杯中均为食盐水)X极的电极材料应是________________(填字母)

A、锌 B、铜 C、银 D、石墨

(3)高铁电池是一种新型的二次电池,电解液为碱性溶液,其反应式如下:

3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH

①写出该电池放电时的正极反应式______________________________

②如图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有______

(4)从保护环境的角度考虑,制备K2FeO4较好的方法为电解法,其装置如图所示。

①石墨做电解池的______(”),溶液中OH-_____移动(铁丝网石墨”)

②电解过程中阳极的电极反应式为______________________________

③若维持电流强度为6A,电解5小时,理论上可制得K2FeO4的质量为_________g(已知F=96500 C/mol,结果保留1位小数)

(5)已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,此温度下若在实验室中配制5 mol/L 500 mL FeCl3溶液,为使配制过程中不出现浑浊现象,则至少需要加入____mL 2 mol/L的盐酸(滴加盐酸前后,溶液总体积不变)

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】如图所示装置中,ab都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色,则下列说法正确的是(

A.X是正极,Y是负极,CuSO4溶液的pH逐渐减小

B..X是正极,Y是负极,CuSO4溶液的pH保持不变

C.X是负极,Y是正极,CuSO4溶液的pH 逐渐减小

D.X是负极,Y是正极,CuSO4溶液的pH保持不变

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】中国传统文化对人类文明贡献巨大,古代文献中充分记载了古代化学研究成果。下列常见古诗文对应的化学知识正确的是

常见古诗文记载

化学知识

A.

周易参同契中对汞的描述:得火则飞,不见埃尘,将欲制之,黄芽为根。

黄芽为黄铜

B.

本草纲目拾遗中对强水的记载:性最烈,能蚀五金,其水甚强,惟玻璃可盛。

强水为氢氟酸

C.

九转流珠神仙九丹经中对生砒精制砒霜的记载:其色飘飘或如霜雪,或如白色钟乳相连。

利用蒸馏操作

D.

本草经集注鉴别硝石和朴硝的方法:强烧之,紫青烟起,乃真硝石也。

利用焰色反应

A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】对于0.1 mol/L Na2SO3溶液,下列叙述正确的是

A. c(Na+) : c(SO32―) < 2 : 1

B. c(Na+) = 2 c (SO32―) + c(HSO3) + c(H2SO3)

C. c(Na+) + c(H+) = 2 c (SO32―) + 2 c(HSO3) + c(OH)

D. 加入少量NaOH固体,c(SO32―) 与c(Na+) 均增大

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】乙苯是主要的化工产品。某课题组拟制备乙苯:查阅资料如下:

①几种有机物的沸点如下表:

有机物

溴乙烷

乙苯

沸点/

80

38.4

136.2

②化学原理: +CH3CH2Br +HBr

③氯化铝易升华、易潮解。

I.制备氯化铝

甲同学选择下列装置制备氯化铝(装置不可重复使用):

1)本实验制备氯气的发生装置的玻璃仪器有________种。

2)连接装置之后,检查装置的气密性,装药品。先点燃A处酒精灯,当___________ 时(填实验现象)点燃F处酒精灯。

3)气体流动方向是从左至右,装置导管接口连接顺序a→______→k→i→f→g→_____

4D装置存在明显缺陷,若不改进,导致的实验后果是______________

II.制备乙苯

乙同学设计实验步骤如下:

步骤1:连接装置并检查气密性(如图所示,夹持装置省略)。

步骤2:用酒精灯微热烧瓶。

步骤3:在烧瓶中加入少量无水氯化铝、适量的苯和溴乙烷。

步骤4:加热,充分反应半小时。

步骤5:提纯产品。

回答下列问题:

5)本实验加热方式宜采用_______ (填酒精灯直接加热水浴加热)。

6)确认本实验A中已发生了反应的试剂可以是___

A 硝酸银溶液 B 石蕊试液

C 品红溶液 D 氢氧化钠溶液

7)提纯产品的操作步骤有:

①过滤; ②用稀盐酸洗涤; ③少量蒸馏水水洗 ④加入大量无水氯化钙;⑤用大量水洗; ⑥蒸馏并收集136.2℃馏分 ⑦分液。

操作的先后顺序为⑤⑦__ ____ __⑥(填其它代号)。

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】对于恒温、恒容下的反应 2A(g) + 2B(g)3C(g) + D(g),达到平衡状态的是

A. 单位时间内生成 2n mol A,同时生成 3n mol C

B. 单位时间内生成 n mol B,同时消耗 0.5n mol D

C. 容器内压强不随时间而变化

D. 容器内混合气体的密度不随时间而变化

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】在一定条件下,在容积为2L的容积不变的刚性密闭容器中,将2 mol 气体M3 mol N气体混合,发生如下反应:2M(g)3N(g)xQ(g)3R(g),该反应达平衡时,生成2.4mol R,并测得Q的浓度为0.4 mol/L,下列有关叙述正确的是

A.x值为2

B.反应前与平衡时容器的压强之比为21:25

C.N的转化率为80%

D.混合气体平均摩尔质量不变,不能说明该反应达平衡

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科目:高中化学 来源: 题型:

【题目】下列电子式书写正确的是( )

①氧原子②过氧根离子③氢氧根离子④钠离子[Na]+⑤氢离子H+⑥铵根离子⑦铝原子⑧溴离子

A.①②③⑥⑦B.①③⑥⑦⑧

C.①③⑤⑥⑦⑧D.②③④⑦⑧

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