碳族元素和硼族元素.docx
《碳族元素和硼族元素.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳族元素和硼族元素.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
碳族元素和硼族元素
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）⑴①2HCI+MgO^=H2O+MgCI2
2HCI+Mg+MgC2
②SiO2+4Mg^=Mg2Si+2MgO
Mg2Si+4HCI^=SiH4+2MgCI2
SiH4+2O2^^SiO2+2H2O
（2）在N2保护下（或惰性气体），对硅烷气体进行检验。
SiH4+2KMnO4H2+K2SQ3+2MnO2J+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pm。
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）
11-1KC60面心立方晶胞体心和棱心710pm（各1分，共4分）
11-2C60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C60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）=0.414502=208pm
这个半径远大于K+的离子半径133pm,所以对C60分子堆积形成的面心立方晶胞参数几乎没有影响（2
11-3因r（C60）=502pm，所以C60球心到C原子中心的距离为：
502-170=332pm
所以空腔半径，即C60球内可容纳原子最大半径为：
332-170=162pm
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AI13或Al14超原子结构，量子化学计算结果表明，Al13形成12个Al在表面，1个Al在中心的三角二十面体结构，Al14
可以看作是一个Al原子跟Al13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，All3和All4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Al13和Al14的稳定化合价态分别为和。
A114应具有元素周期表中
哪类化学元素的性质，理由是：
（2）对Al13和A114的Al—Al键长的测定十分困难，而理论计算表明，Al13和Al14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/cm3,请估算Al13
和Al14:
中Al—Al的键长。
（3）Al13三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（Al13-Al142+）（2分，各1分）
碱土金属因为Al14容易失去2个电子而呈现+2价（1分）
MZ2743
（2）根据晶体密度公式可得：
V方a故晶胞参数a=405pm
NA6.02102.7
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：
—22
所以估计Al-Al键长约为：
2r=2X143pm=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]26R
1
6RrR
2
所以r（兰1）R0.225R0.225143pm32.2Pm（3分）
2
（2003）第5题（8分）在30oC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Na14.90%,B7.03%,H5.24%。
加热X,得无色晶体Y。
Y
含Na23.0%，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
Z2-，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；NaBH8O7Y的最简式；NaBH2O4（各1分；写成水合物也可）
推理过程：
NaB
X变成Y是脱水过程。
X为NaBH2O4•3H2O,贝UY中Na的质量百分数为23/99.8=0.23
（若X是NaBO3•4H2O,贝UY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Z2-离子的立体结构（原子用元素符号表示，共价键用短线表示）
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178m2/g）表面上的最大单层分散量（g/m2）（氧离子的半径为140pm）。
1•（88.1g/MM）：
（134.4L/22.4Lmol1）=1:
4（1分）
Mm=58.7gmol^1M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:
（2rO2「）2sin120=（2>140沁0一12m）2sin120=6.79X0「20m2（2分）
1m2Al2O3表面可铺NiO数：
1m2/6.79>20m2=1.47>019（1分）
相当于：
74.7gmol1X1.47>019m「2十6.022>023mol1=1.82>0一3g（NiO）/m2（Al2O3）
（1分）（共4分）
（将1个“NiO”截面算成6.78>0一20m2，相应的1m2Al2O3表面可铺NiO数为1.48>019,不扣分。
（2006年）第11题（11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。
（1分）
BBr3+PBr3+3H2=BP+6HBr
11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结构。
11-3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。
11-4
已知磷化硼的晶胞参数a=478pm，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（dB-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GN3QCI3。
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。
早在上世纪50年代就发现了CH5+的存在，人们曾提出该离子结构的多种假设，然而，直至1999年,
才在低温下获得该离子的振动-转动光谱，并由此提出该离子的如下结构模型：
氢原子围绕着碳原子快速
转动；所有C-H键的键长相等。
1-2该离子的结构能否用经典的共价键理论说明？
简述理由。
1-3该离子是（）。
A.质子酸B.路易斯酸C.自由基D.亲核试剂
2003年5月报道，在石油中发现了一种新的烷烃分子，因其结构类似于金刚石，被称为“分子钻石”
若能合成，有可能用做合成纳米材料的理想模板。
该分子的结构简图如下：
1-4该分子的分子式为；
1-5该分子有无对称中心？
1-6该分子有几种不同级的碳原子？
1-7该分子有无手性碳原子？
该分子有无手性？
第2题（13分）
化合物SOCI2是一种液态化合物，沸点77C，实验室中可用CaSO3和PC15混合共热制备。
在工业生
产和化学实验中，SOCI2是一种重要的化学试剂。
在盛有10mL水的锥形瓶中小心地滴加8〜10滴SOCI2,可观察到反应剧烈发生，液面上有白雾形成，并逸出刺激性气味的气体。
1.写出CaSO3与PCI5共热制备SOCI2的化学方程式。
2.写出SOCI2与H2O完全反应的化学方程式。
3•设计一些简单实验来验证你写出的化学方程式是正确的。
（只需给出实验原理和现象，无须描述实验仪器和操作）
4.工业上往往用ZnCl2•3H2O和S0CI2混合共热来制取无水ZnCI2。
说明该种制法可行性的原因。
5.S0CI2在有机化学中作氯化剂。
写出苯甲酸和S0CI2反应的化学方程式。
6•为了使（5）生成的有机物与混溶在其中的过量的S0CI2分离，可以采用的分离操作是。
1.CaS03+2PC15=CaCl2+2POCI3+S0C12（2分）
2.S0CI2+H20=S02+2HCI（2分）
3.向水解产物的水溶液中通入H2S气体有淡黄色（硫磺）沉淀析出（2H2S+S02=3SJ+2H20）；向
另一份水解产物的水溶液中加入AgN03溶液有白色（AgCI）沉淀析出（Ag++C「=AgCIJ）（4分）
4.直接加热ZnCI2-3H20,由于Zn"水解得不到ZnCI2。
S0CI2与晶体ZnCI2-3H20混合共热时，S0CI2优先于Zn2+与水结合生成HCI，减少了Zn2+与出0反应的程度，同时生成的HCI抑制Zn"水解，最终得到无水ZnCl2。
（2分）
5.|、一：
-C00H+S0CI2亠>—C0CI+S02f+HCI（2分）
6.蒸馏（1分）
升级会员 