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3.元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素,且原子序数依次增大.已知Y原子最外层电子数与核外电子总数之比为3:4;M原子最外层电子数与次外层电子数之比为3:4;N-、Z+、X+离子的半径逐渐减小;化合物XN常温下为气体.元素Q价电子为3d104s1,据此回答:
(1)M元素的含氧酸中酸性最强的是(写出化学式)H2SO4;试解释为什么其酸性较强S的两种含氧酸可写成(HO)2SO、(HO)2SO2,硫酸中S的正电性比亚硫酸中高,导致S-O-H中O的电子向S偏移,因而在水分子的作用下也就越容易电离出H+,酸性越强.
(2)Z与M可形成常见固体化合物C,用电子式表示C的形成过程
(3)已知通常状况下1g X2在Y2中完全燃烧放出a kJ的热量,请写出表示X2燃烧热的热化学方程式H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O (l)△H=一2a kJ•mol-1
(4)X与Y、X与M均可形成18电子分子,这两种分子在水溶液中反应有黄色沉淀生成,写出该反应的化学方程式H2O2+H2S=S↓+2H2O.
(5)根据VSEPR模型,X3Y+的离子立体结构为三角锥形.化合物A为Q元素的二价离子与X2Y分子构成的配位数为4的络合物,A的水溶液呈现天蓝色,逐滴加入氨水,形成蓝色沉淀,后蓝色沉淀溶解,得到深蓝色透明溶液,写出蓝色沉淀生成深蓝色溶液的离子方程式:Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH34]2++2OH-
(6)均由X、Y、Z、M四种元素组成的两种盐发生反应的离子方程式是HSO3-+H+=H2O+SO2↑;
(7)已知Q是面心立方晶体,则晶胞中Q原子的配位数是12,若Q原子的半径为r,试计算该晶胞中原子的空间利用率为74%.

分析 元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素,且原子序数依次增大.Y元素原子最外层电子数与核外电子总数之比为3:4,最外层电子数只能为6,则原子总数为8,Y为O元素;M原子最外层电子数与次外层电子数之比为3:4,原子有3个电子层,最外层电子数为6,则M为S元素;结合N-、Z+、X+的半径逐渐减小,化合物XN在常温下为气体,可判N为Cl元素,Z为Na元素,X为氢元素;元素Q价电子为3d104s1,则Q为Cu.
(1)硫的两种含氧酸有亚硫酸、硫酸,中心元素化合价越高,对电子对的吸引越大,更有利于电离出氢离子;
(2)Z与M可形成常见固体化合物C为Na2S,由钠离子与硫离子构成;
(3)计算1molH2燃烧放出的热量,注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式,且H2的化学计量为1;
(4)X与Y形成的18电子分子为H2O2、X与M形成的18电子分子为H2S,这两种分子在水溶液中反应有黄色沉淀生成,即反应生成S与水;
(5)H3O+离子中O原子孤电子对=$\frac{6-1-1×3}{2}$=1,价层电子对数=3+1=4;
化合物A为Cu元素的二价离子与H2O分子构成的配位数为4的络合物,该配离子为[Cu(H2O)4]2+,A的水溶液呈现天蓝色,逐滴加入氨水,形成蓝色沉淀为Cu(OH)2,后蓝色沉淀溶解生成[Cu(NH34]2+
(6)均由X、Y、Z、M四种元素组成的两种盐为NaHSO3、NaHSO4,二者反应生成硫酸钠、二氧化硫与水;
(7)已知Q是面心立方晶体,以顶点Q原子研究,与之相邻的Q原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用;
若Q原子的半径为r,则晶胞棱长为4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r,计算晶胞体积,利用均摊法计算晶胞中Q原子数目,计算晶胞中Q原子占有的总体积,晶胞中原子的空间利用率=$\frac{原子总体积}{晶胞体积}$×100%.

解答 解:元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素,且原子序数依次增大.Y元素原子最外层电子数与核外电子总数之比为3:4,最外层电子数只能为6,则原子总数为8,Y为O元素;M原子最外层电子数与次外层电子数之比为3:4,原子有3个电子层,最外层电子数为6,则M为S元素;结合N-、Z+、X+的半径逐渐减小,化合物XN在常温下为气体,可判N为Cl元素,Z为Na元素,X为氢元素;元素Q价电子为3d104s1,则Q为Cu.
(1)S的两种含氧酸可写成(HO)2SO、(HO)2SO2,硫酸中S的正电性比亚硫酸中高,导致S-O-H中O的电子向S偏移,因而在水分子的作用下也就越容易电离出H+,酸性越强,硫酸的酸性更强,
故答案为:H2SO4;S的两种含氧酸可写成(HO)2SO、(HO)2SO2,硫酸中S的正电性比亚硫酸中高,导致S-O-H中O的电子向S偏移,因而在水分子的作用下也就越容易电离出H+,酸性越强;
(2)Z与M可形成常见固体化合物C为Na2S,由钠离子与硫离子构成,用电子式表示形成过程为
故答案为:
(3)1molH2燃烧放出的热量为a kJ×$\frac{1mol×2g/mol}{1g}$=2a kJ,故氢气燃烧热的热化学方程式为:H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O (l)△H=一2a kJ•mol-1
故答案为:H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O (l)△H=一2a kJ•mol-1
(4)X与Y形成的18电子分子为H2O2、X与M形成的18电子分子为H2S,这两种分子在水溶液中反应有黄色沉淀生成,即反应生成S与水,反应方程式为:H2O2+H2S=S↓+2H2O,
故答案为:H2O2+H2S=S↓+2H2O;
(5)H3O+离子中O原子孤电子对=$\frac{6-1-1×3}{2}$=1,价层电子对数=3+1=4,立体结构为三角锥形;
化合物A为Cu元素的二价离子与H2O分子构成的配位数为4的络合物,该配离子为[Cu(H2O)4]2+,A的水溶液呈现天蓝色,逐滴加入氨水,形成蓝色沉淀为Cu(OH)2,后蓝色沉淀溶解生成[Cu(NH34]2+,反应离子方程式为:Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH34]2++2OH-
故答案为:三角锥形;Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH34]2++2OH-
(6)均由X、Y、Z、M四种元素组成的两种盐为NaHSO3、NaHSO4,二者反应生成硫酸钠、二氧化硫与水,反应离子方程式为:HSO3-+H+=H2O+SO2↑,
故答案为:HSO3-+H+=H2O+SO2↑;
(7)已知Q是面心立方晶体,以顶点Q原子研究,与之相邻的Q原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用,晶胞中Q原子的配位数是$\frac{3×8}{2}$=12;
若Q原子的半径为r,则晶胞棱长为4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$r,则晶胞体积为(2$\sqrt{2}$r)3,晶胞中Q原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,晶胞中Q原子占有的总体积为4×$\frac{4}{3}$πr3,晶胞中原子的空间利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{(2\sqrt{2}r)^{3}}$×100%=74%,
故答案为:12;74%.

点评 本题是对物质结构与性质的考查,涉及核外电子排布、分子结构与性质、热化学方程式、电子式、空间结构、配合物、元素化合物性质、晶胞计算等,需要学生具备扎实的基础,掌握均摊法进行晶胞有关计算.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.迄今为止,由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要的能源.
I.请仔细观察下列两种电池的构造示意图,完成下列问题:

(1)碱性锌锰电池比普通锌锰电池(干电池)性能好,放电电流大.试从影响反应速率的因素分析其原因是碱性锌锰电池用锌粉替代了原锌锰电池的锌壳,增大了反应物的接触面积,加快了反应速率,故放电电流大.
(2)碱性锌锰电池的总反应式:
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,则负极的电极反应式为Zn+2OHˉ-2eˉ=Zn(OH)2
Ⅱ.下面是一个将化学能与电能相互转化的装置.回答下列问题:

(3)写出通入O2一极的电极反应方程式为O2+4e-+4H+=2H2O.
(4)a电极是阳极,能否写出其电极反应方程式不能(填“能”或“不能”),若“能”写出其电极反应方程式,若“不能”说明其理由因为a电极的电极材料不确定,所以不能写出其电极反应方程式.
(5)下列说法不正确的是BC
A.此装置用于电镀铜时,电解一段时间,硫酸铜溶液的浓度不变
B.U型管中,OH-在a极放电
C.若a为纯净金属,b为粗制金属,该装置可用于粗制金属的精炼
D.电子经导线流入b电极.

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14.下列操作和所得结论均正确的是(  )
选项实 验 操 作结  论
A用容量瓶配制溶液时,若定容摇匀后液面低于刻度线,补加水至与刻度线相平所配溶液浓度不受影响
B用湿润的pH试纸测定氯水的pH所测溶液的pH偏大
C取少量试液于试管中,加入浓NaOH溶液并加热,用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体若红色石蕊试纸变蓝
则所取溶液含NH4+
D用托盘天平称取一定质量的NaCl固体,左盘放砝码,右盘放固体所称NaCl质量一定偏小
A.AB.BC.CD.D

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11.合成氨工业中制取原料H2涉及以下两个反应:在某个恒温、恒容的密闭容器中同时进行下列两个可逆反应:
(甲)C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);(乙)CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g).
(1)当下列物理量不再发生变化时,能表示(甲)(乙)均达到化学平衡状态的是B
①混合气体的密度   
②混合气体的压强
③混合气体的平均相对分子质量④炭的质量    
⑤v(CO)=v(CO2
A.①②③B.①②③④C.①②③④⑤D.①③④⑤
(2)在2L定容密闭容器中通入1mol N2(g)和3mol H2(g),发生反应:3H2(g)+N2(g)?2NH3(g)(放热反应)
测得压强-时间图象如图甲,测得p2=0.8p1,此时温度与起始温度相同,在达到平衡前某一时刻(t1)若仅改变一种条件,得到如图乙图象.

①如图甲,反应开始至平衡时NH3的平均反应速率为0.08mol/(L•min)平衡时氢气的转化率为40%.
②如图乙,下列说法正确的是AC(填字母)
A.t1时刻可能是加入了催化剂B.改变条件可以使H2100%转化为NH3
C.增大N2的浓度,可以提高H2的转化率  D.t2时刻,N2的浓度与NH3的浓度之比为1:2.

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18.已知2H→H2放出437.6kJ的热量,下列说法正确的是(  )
A.氢气分子内每个氢原子都达到了8电子稳定结构
B.1 mol H2的能量比2 mol H的能量低
C.1 mol H2离解成2 mol H要放出437.6 kJ热量
D.氢原子不如氢分子活泼

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8.某化学兴趣小组为探究元素性质的递变规律,设计了如下系列实验.
Ⅰ、(1)将钠、钾、镁、铝各1mol分别投入到足量的0.1mol•L-1的盐酸中,试预测实验结果:K与盐酸反应最剧烈,Al与盐酸反应最慢.
(2)将NaOH溶液与NH4Cl溶液混合生成NH3•H2O,从而验证NaOH的碱性大于NH3•H2O,继而可以验证Na的金属性大于N,你认为此设计是否合理?不合理_;说明理由:用碱性强弱比较金属性强弱时,一定要用元素的最高价氧化物的水化物的碱性强弱比较,而NH3•H2O不是氮元素的最高价氧化物的水化物.
Ⅱ利用如图装置可以验证非金属性的变化规律.
(3)仪器A的名称为分液漏斗,干燥管D的作用是防止倒吸.
(4)实验室中现有药品Na2S、KMnO4、浓盐酸、MnO2,请在其中选择合适药品设计实验验证氯的非金属性大于硫:装置A、B、C中所装药品分别为浓盐酸、KMnO4、Na2S,装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成,离子方程式为S2-+Cl2═S↓+2Cl-
(5)若要证明非金属性:C>Si,请根据所学过的知识选择相应的试剂,则A中加硫酸、B中加Na2CO3、C中加Na2SiO3,观察到C中溶液的现象为有白色胶状沉淀产生.

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15.1L烷烃A的蒸汽完全燃烧时,生成同温同压下15L水蒸气,则该烷烃的分子式为(  )
A.C14H30B.C15H32C.C16H34D.C17H36

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12.下列实验操作、现象和结论均正确的是(  )
选项实验操作现象结论
A将0.1mol•L-1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴加0.1mol•L-1CuSO4溶液先有白色沉淀生成后变为蓝色沉淀Cu(OH)2的Ksp比Mg(OH)2的小
B用洁净铂丝蘸取溶液进行焰色反应火焰呈黄色原溶液中有Na+,无K+
C向盛Na2SiO3 溶液的试管中滴加1滴酚酞,然后逐滴加入稀盐酸至红色褪去2min后,试管里出现凝胶非金属性:Cl>Si
D向蔗糖中加入浓硫酸蔗糖变成疏松多孔的海绵状碳浓硫酸具有吸水性和强氧化性
A.AB.BC.CD.D

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13.碱性硼化钒(VB2)-空气电池工作时反应为:4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5.用该电池电解200mL硫酸铜溶液,实验装置如图所示(b、c均为惰性电极),当外电路中通过0.04mol电子时,B装置两极共收集到0.448L气体(标准状况).下列说法正确的是(  )
A.电解过程中,b电极表面先有红色物质析出,然后有气泡产生
B.VB2为负极,电极反应为:2VB2+11H2O-22e-=V2O5+2B2O3+22H+
C.电池内部OH-移向a电极,溶液pH减小
D.忽略溶液体积变化,电解后B装置中溶液的pH为1

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