【选修三：物质结构与性质】磷酸亚铁锂（LiFePO4）可用作-优题课

【选修三：物质结构与性质】磷酸亚铁锂（ $L i F e P O_{4}$ ）可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用 $F e C l_{3}$ 、 $N H_{4} H_{2} P O_{4}$ 、 $L i C l$ 和苯胺等作为原料制备。回答下列问题：

（1）在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是________，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态________（填"相同"或"相反"）。

（2） $F e C l_{3}$ 中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的 $F e C l_{3}$ 的结构式为________，其中Fe的配位数为________。

（3）苯胺）的晶体类型是________。苯胺与甲苯（）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（-5.9℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（-95.0℃）、沸点（110.6℃），原因是________。

（4） $N H_{4} H_{2} P O_{4}$ 中，电负性最高的元素是________；P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。

（5） $N H_{4} H_{2} P O_{4}$ 和 $L i F e P O_{4}$ 属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为________（用 n代表P原子数）。

科目化学题型综合题难度中等

知识点：同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系元素周期律和元素周期表的综合应用原子核外电子的运动状态元素电离能、电负性的含义及应用分子晶体晶胞的计算原子轨道杂化方式及杂化类型判断

硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

回答下列问题：

（1）基态Fe原子价层电子的电子排布图（轨道表达式）为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________ 形。

（2）根据价层电子对互斥理论， $H_{2} S$ ， $S O_{2}$ ， $S O_{3}$ 的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。

（3）图（a）为 $S_{8}$ 的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为________。

（4）气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图（b）所示的三氯分子。该分子中S原子的杂化轨道类型为________。

（5） $F e S_{2}$ 晶体的晶胞如图（c）所示，晶胞边长为 $a n m$ , $F e S_{2}$ 相对式量为M、阿伏伽德罗常数的值为 $N_{A}$ ，其晶体密度的计算表达式为________ $g \cdot c m^{- 3}$ ；晶胞中 $F e^{2 +}$ 位于 ${S_{2}}^{2 -}$ 所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________ nm

$C H_{4} - C O_{2}$ 催化重整不仅可以得到合成气（CO和 $H_{2}$ ）。还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：

（1） $C H_{4} - C O_{2}$ 催化重整反应为： $C H_{4} (g) + C O_{2} (g) = 2 CO (g) + 2 H_{2} (g)$ 。

已知：

$C (s) + 2 H_{2} (g) = C H_{4} (g)$ $△ H = - 75 kJ \cdot mo l^{- 1}$

$C (s) + O_{2} (g) = C O_{2} (g)$ $△ H = - 394 kJ \cdot mo l^{- 1}$

$C (s) + \frac{1}{2} O_{2} (g) = CO (g)$ $△ H = - 111 kJ \cdot mo l^{- 1}$

该催化重整反应的 $△ H =$ ________ $kJ \cdot mo l^{- 1}$ 。有利于提高 $C H_{4}$ 平衡转化率的条件是________（填标号）。

A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压

某温度下，在体积为2L的容器中加入 $2 molC H_{4} \cdot 1 molC O_{2}$ 以及催化剂进行重整反应。达到平衡时 $C O_{2}$ 的转化率是50%，其平衡常数为________ $mo l^{2} \cdot L^{- 2}$ 。

（2）反中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：

		积碳反应 $C H_{4} (g) = C (s) + 2 H_{2} (g)$	消碳反应 $C O_{2} (g) + C (s) = 2 CO (g)$
$ΔHJ (KJ \cdot mo l^{- 1})$		75	172
活化能/ $(KJ \cdot mo l^{- 1})$	催化剂X	33	91
活化能/ $(KJ \cdot mo l^{- 1})$	催化剂Y	43	72

①由上表判断,催化剂X________Y(填"优于或劣于"),理由是________.在反应进料气组成,压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如右图所示,升高温度时,下列关于积碳反应,消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)

A．	$K_{积}$ 、 $K_{消}$ 均增加
B．	$V_{积}$ 减小、 $V_{消}$ 增加
C．	$K_{积}$ 减小、 $K_{消}$ 增加
D．	$v_{消}$ 增加的倍数比 $V_{积}$ 增加的倍数大

②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为 $v = k \cdot p (C H_{4}) \cdot {[p (C O_{2})]}^{- 0.5}$ (k为速率常数)。在 $p (C H_{4})$ 一定时,不同 $P (C O_{2})$ 下积碳量随时间的变化趋势如右图所示,则 $P_{a} (C O_{2})$ 、 $P_{b} (C O_{2})$ 、 $P_{c} (C O_{2})$ 从大到小的顺序为________

端炔烃在催化剂存在下可发生偶联反应，成为Glaser反应． $2 R ﹣ C \equiv C ﹣ H \overset{催化剂}{\to} R ﹣ C \equiv C ﹣ C \equiv C ﹣ R + H_{2}$ 该反应在研究新型发光材料、超分子化学等方面具有重要价值．下面是利用Glaser反应制备化合物E的一种合成路线：

回答下列问题：

（1）B的结构简式为________，D的化学名称为________．

（2）①和③的反应类型分别为________、________．

（3）E的结构简式为________．用 $1 m o l E$ 合成1，4﹣二苯基丁烷，理论上需要消耗氢气________mol．

（4）化合物（________）也可发生Glaser偶联反应生成聚合物，该聚合反应的化学方程式为________．

（5）芳香化合物F是C的同分异构体，其分子中只有两种不同化学环境的氢，数目比为3：1，写出其中3种的结构简式________．

（6）写出用2﹣苯基乙醇为原料（其他无机试剂任选）制备化合物D的合成路线________．

以硅藻土为载体的五氧化二钒（ $V_{2} O_{5}$ ）是接触法生产硫酸的催化剂．从废钒催化剂中回收 $V_{2} O_{5}$ 既避免污染环境又有利于资源综合利用．废钒催化剂的主要成分为：

物质	$V_{2} O_{5}$	$V_{2} O_{4}$	$K_{2} S O_{4}$	$S i O_{2}$	$F e_{2} O_{3}$	$A l_{2} O_{3}$
质量分数/%	2.2～2.9	2.8～3.1	22～28	60～65	1～2	＜1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）"酸浸"时 $V_{2} O_{5}$ 转化为 $V {O_{2}}^{+}$ ，反应的离子方程式为________，同时 $V_{2} O_{4}$ 转成 $V O^{2 +}$ ． "废渣1"的主要成分是________．

（2）"氧化"中欲使 $3 m o l$ 的 $V O^{2 +}$ 变为 $V {O_{2}}^{+}$ ，则需要氧化剂 $K C l O_{3}$ 至少为________mol．

（3）"中和"作用之一是使钒以 $V_{4} {O_{12}}^{4 ﹣}$ 形式存在于溶液中．"废渣2"中含有________．

（4）"离子交换"和"洗脱"可简单表示为： $4 R O H + V_{4} {O_{12}}^{4 ﹣} ⇋_{洗脱}^{离子交换} R_{4} V_{4} O_{12} + 4 O H^{﹣}$ （以ROH为强碱性阴离子交换树脂）．为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性（填"酸""碱""中"）．