Question

有A、B、C、D、E、F、G七種元素核電荷數(shù)依次增加，A是非金屬元素外圍電子排布式為nsⁿ，B的價(jià)電子層電子排布nsⁿnpⁿ，C的基態(tài)原子中2p軌道有三個(gè)未成對(duì)的單電子，D是周期表中電負(fù)性數(shù)值最大的元素，E原子核外電子數(shù)是D與C核外電子數(shù)之和，F(xiàn)是主族元素且與G同周期，G能形成紅色（或磚紅色）的G₂O和黑色的GO兩種氧化物，D與F可形成離子化合物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示．請(qǐng)回答下列問題．
（1）E的氣態(tài)氧化物EO₃分子結(jié)構(gòu)模型是

 

．
（2）CA₃極易溶于水，其原因主要是

 

，試判斷CA₃溶于水后，形成CA₃?H₂O的最合理結(jié)構(gòu)為

 

（填字母）．
（3）從如圖2中可以看出，D跟F形成的離子化合物的電子式為

 

；該離子化合物晶體的密度為ag?cm^-3，則晶胞的體積是

 

（只要求列出算式），每個(gè)D原子周圍最近的F原子有

 

個(gè)．
（4）某科研小組為了處理污水，設(shè)計(jì)了如圖3所示的裝置，Ⅱ裝置為BA₄燃料電池，兩電極分別通入BA₄和混合氣體（空氣和氣體甲），電解質(zhì)為熔融碳酸鹽．Ⅰ是污水處理的裝置，其方法如下：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe（OH）₃?Fe（OH）₃具有吸附性，可吸附污物而沉積下來，有凈化水的作用，向污水中加入適量的H₂SO₄的目的是

 

．
②為了使燃料電池乙長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，電池工作時(shí)，循環(huán)的物質(zhì)A為

 

Ⅱ裝置中負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)

 

．
③Ⅰ裝置中碳電極是電解池的

 

極，F(xiàn)e電極上發(fā)生的反應(yīng)為

 

．
④Ⅱ裝置中有0.8mol BA₄參加反應(yīng)時(shí)，C電極理論上生成氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的相互關(guān)系應(yīng)用,原電池和電解池的工作原理

專題：元素周期律與元素周期表專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu),電化學(xué)專題

分析：A是非金屬元素外圍電子排布式為nsⁿ，可知A只能為H元素；B的價(jià)電子層電子排布nsⁿnpⁿ，n=2，則B為C元素；C的基態(tài)原子中2p軌道有三個(gè)未成對(duì)的單電子，則C為N元素；D是周期表中電負(fù)性數(shù)值最大的元素，D為F元素；E原子核外電子數(shù)是D與C核外電子數(shù)之和，E核外電子數(shù)為16，為S元素；G能形成紅色（或磚紅色）的G₂O和黑色的GO兩種氧化物，則G為Cu元素；圖2晶胞中，F(xiàn)元素位于體內(nèi)，共有8個(gè)微粒，F(xiàn)位于頂點(diǎn)和面心，數(shù)目為8×

1

8

+6×

1

2

=4，數(shù)目比為2：1，即F為+2價(jià)，又由于F是主族元素且與Cu同周期，F(xiàn)為Ca元素；
（1）根據(jù)氣態(tài)氧化物SO₃分子價(jià)電子對(duì)數(shù)判斷；
（2）NH₃中氮?dú)滏I極性較強(qiáng)，容易產(chǎn)生分子間氫鍵，根據(jù)相似相容原理判斷；根據(jù)O-H鍵和N-H鍵的極性強(qiáng)弱判斷；
（3）根據(jù)均攤法判斷化學(xué)式，形成離子化合物，寫出電子式；計(jì)算出晶胞摩爾質(zhì)量，結(jié)合密度計(jì)算出一個(gè)晶胞體積；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)判斷配位數(shù)；
（4）①加入適量的H₂SO₄的增大離子濃度，可提高導(dǎo)電性；
②燃料電池負(fù)極放電時(shí)，電極放電產(chǎn)生的CO₂，且能在正極氧氣放電時(shí)參與電極反應(yīng)；根據(jù)燃料電池負(fù)極氣體和電解質(zhì)，寫出電極反應(yīng)式；
③根據(jù)“通過電解生成Fe（OH）₃?Fe（OH）₃具有吸附性”，可知Fe做陽極，C棒為陰極；Fe作陽極，失去電子，寫出電極反應(yīng)式；
④C電極發(fā)生反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)電子守恒計(jì)算生成氣體體積．

解答： 解：（1）SO₃價(jià)電子對(duì)數(shù)為

6

2

=3，形成3條雜化軌道，配位原子數(shù)為3，即3條雜化軌道與3個(gè)O原子形成共價(jià)鍵，分子構(gòu)型為平面三角形，
故答案為：平面三角形；
（2）NH₃空間構(gòu)型為三角錐形，屬于極性分子，又由于NH₃中氮?dú)滏I極性較強(qiáng)，容易與水形成分子間氫鍵；O-H鍵極性強(qiáng)于N-H鍵的極性，則O帶有較多的“部分負(fù)電荷”，更容易與H原子形成氫鍵，即圖1中（b）更為合理，
故答案為：極性分子并且可以形成氫鍵；（b）；
（3）圖2晶胞中，F(xiàn)^-元素位于體內(nèi)，共有8個(gè)微粒，Ca²⁺位于頂點(diǎn)和面心，數(shù)目為8×

1

8

+6×

1

2

=4，數(shù)目比為2：1，化學(xué)式為CaF₂，屬于離子化合物，電子式為：；晶胞摩爾質(zhì)量為4×（40+19×2）=312g/mol，則晶胞摩爾體積為

312

a

L/mol，一個(gè)晶胞體積為

312

aNA

；Ca²⁺位于

1

8

晶胞體心，周圍有4個(gè)F^-，
故答案為：；

312

aNA

；4；
（4）①加入適量的H₂SO₄的增大離子濃度，可提高導(dǎo)電性，故答案為：增強(qiáng)污水的導(dǎo)電性；
②燃料電池負(fù)極放電時(shí)，電極放電產(chǎn)生的CO₂，且能在正極氧氣放電時(shí)參與電極反應(yīng)，即循環(huán)物質(zhì)為CO₂；燃料電池負(fù)極氣體為CH₄和電解質(zhì)為熔融碳酸鹽，電極反應(yīng)式為CO₂CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O，故答案為：CO₂；CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O；
③根據(jù)“通過電解生成Fe（OH）₃?Fe（OH）₃具有吸附性”，可知Fe做陽極，C棒為陰極；Fe作陽極，失去電子，寫出電極反應(yīng)式為Fe-2e^-═Fe²⁺，
故答案為：陰；Fe-2e^-═Fe²⁺；
④CH₄物質(zhì)的量為0.8mol，在反應(yīng)CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O中，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6.4mol，根據(jù)C電極發(fā)生反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑，可知生成H₂的物質(zhì)的量為3.2mol，則標(biāo)況下體積為3.2mol×22.4L/mol=71.68L，
故答案為：71.68L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為全面，涉及到分子空間構(gòu)型、雜化類型的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算，還涉及到燃料電池和電解池相關(guān)知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，難度中等，如何判斷分子空間構(gòu)型以及有關(guān)晶體計(jì)算等方法，是該題的重點(diǎn)和難點(diǎn)．