化学选修3：物质结构与性质我国科学家最近成功合成了世界上首个-优题课

[化学--选修3：物质结构与性质]

我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐 $(N_{5})_{6} (H_{3} O)_{3} (N H_{4})_{4} C l$ （用R代表）。回答下列问题：

（1）氮原子价层电子的轨道表达式（电子排布图）为_____________。

（2）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（ E ₁）。第二周期部分元素的 E ₁变化趋势如下图所示，其中除氮元素外，其他元素的 E ₁自左而右依次增大的原因是___________；氮元素的 E ₁呈现异常的原因是__________。

（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如下图所示。

①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_________，不同之处为__________。（填标号）

A．中心原子的杂化轨道类型B．中心原子的价层电子对数

C．立体结构D．共价键类型

②R中阴离子 $N_{5}^{-}$ 中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号 $Π_{m}^{n}$ 表示，其中 m代表参与形成大π键的原子数， n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为 $Π_{6}^{6}$ ），则 $N_{5}^{-}$ 中的大π键应表示为____________。

③图（b）中虚线代表氢键，其表示式为( $N H_{4}^{+}$ )N−H…Cl、____________、____________。

（4）R的晶体密度为 $d g \cdot c m^{- 3}$ ，其立方晶胞参数为 anm，晶胞中含有 y个[ $(N_{5})_{6} (H_{3} O)_{3} (N H_{4})_{4} C l$ ]单元，该单元的相对质量为 M，则 y的计算表达式为______________。

科目化学题型综合题难度中等

知识点：化学键原子结构的构造原理原子核外电子的能级分布离子晶体原子结构与元素周期律的关系

[化学--选修3：物质结构与性质]

研究发现，在 $C O_{2}$ 低压合成甲醇反应 $({CO}_{2} + 3 H_{2} = {CH}_{3} OH + H_{2} O)$ 中， $Co$ 氧化物负载的 $Mn$ 氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：

（1） $Co$ 基态原子核外电子排布式为________。元素 $Mn$ 与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。

（2） $C O_{2}$ 和 $C H_{3} OH$ 分子中 $C$ 原子的杂化形式分别为________和________。

（3）在 $C O_{2}$ 低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为________，原因是________。

（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料， $Mn ({NO}_{3})_{2}$ 中的化学键除了 $σ$ 键外，还存在________。

（5） $MgO$ 具有 $NaCl$ 型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式， $X$ 射线衍射实验测得 $MgO$ 的晶胞参数为 $a = 0.420 nm$ ，则 $r (O^{2 -})$ 为________ $nm$ 。 $MnO$ 也属于 $NaCl$ 型结构，晶胞参数为 $a' = 0.448 nm$ ，则 $r (M n^{2 +})$ 为________ $nm$ 。

砷（As）是第四周期VA族元素，可以形成 ${{As}_{2} S}_{3}$ 、 ${As}_{2} O_{5}$ 、 $H_{3} {AsO}_{3}$ 、 $H_{3} {AsO}_{4}$ 等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：

（1）画出砷的原子结构示意图__________。

（2）工业上常将含砷废渣（主要成分为 ${As}_{2} S_{3}$ ）制成浆状，通入 $O_{2}$ 氧化，生成 $H_{3} {AsO}_{4}$ 和单质硫。写出发生反应的化学方程式__________。该反应需要在加压下进行，原因是__________。

（3）已知：

$As (s) + \frac{3}{2} H_{2} (g) + 2 O_{2} (g) = H_{3} {AsO}_{4} (s)$ $Δ H_{1}$

$H_{2} (g) + \frac{1}{2} O_{2} (g) = H_{2} O (l)$ $Δ H_{2}$

$2 As (s) + \frac{5}{2} O_{2} (g) = {As}_{2} O_{5} (s)$ $Δ H_{3}$

则反应 ${As}_{2} O_{3} (s) + 3 H_{2} O (l) = 2 H_{3} {AsO}_{4} (s)$ 的 $ΔH =$ __________。

（4）298K时，将 $20 m L 3 x m o l \cdot L^{- 1}$ ${Na}_{3} {AsO}_{3}$ 、 $20 mL 3 xmol \cdot L^{- 1} I_{2}$ 和 $20 m L N a O H$ 溶液混合，发生反应： ${AsO}_{3}^{3 -} (aq) + I_{2} (aq) + 2 {OH}^{-} (aq) \overset{}{⇇} {AsO}_{4}^{3 -} (aq) + 2 I^{-} (aq) + H_{2} O (l)$ 。溶液中 $c ({AsO}_{4}^{3 -})$ 与反应时间(t)的关系如图所示。

①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。

a．溶液的pH不再变化

b． $v (I^{-}) = 2 v ({AsO}_{3}^{3 -})$

c． $c ({AsO}_{4}^{3 -}) / c ({AsO}_{3}^{3 -})$ 不再变化

d． $c (I^{-}) = y mol \cdot L^{- 1}$

② $t_{m}$ 时， $v_{正}$ __________ $v_{逆}$ （填"大于"、"小于"或"等于"）。

③ $t_{m}$ 时 $v_{逆}$ __________ $t_{n}$ 时 $v_{逆}$ （填"大于"、"小于"或"等于"），理由是__________。

④若平衡时溶液的 $pH = 14$ ，则该反应的平衡常数K为__________。

【选修五：有机化学基础】氧化白藜芦醇W具有抗病毒等作用。下面是利用Heck反应合成W的一种方法：

回答下列问题：

（1）A的化学名称为________。

（2）中的官能团名称是________。

（3）反应③的类型为________，W的分子式为________。

（4）不同条件对反应④产率的影响见下表：

实验	碱	溶剂	催化剂	产率/%
①	KOH	DMF	$P d (O A c)_{2}$	22.3
②	$K_{2} C O_{3}$	DMF	$P d (O A c)_{2}$	10.5
③	$E t_{3} N$	DMF	$P d (O A c)_{2}$	12.4
④	六氢吡啶	DMF	$P d (O A c)_{2}$	31.2
⑤	六氢吡啶	DMA	$P d (O A c)_{2}$	38.6
⑥	六氢吡啶	NMP	$P d (O A c)_{2}$	24.5

上述实验探究了________和________对反应产率的影响。此外，还可以进一步探究________等对反应产率的影响。

（5）X为D的同分异构体，写出满足如下条件的X的结构简式________。

①含有苯环；②有三种不同化学环境的氢，个数比为6∶2∶1；③ $1 m o l$ 的X与足量金属Na反应可生成 $2 g H_{2}$ 。

（6）利用Heck反应，由苯和溴乙烷为原料制备，写出合成路线________。（无机试剂任选）

【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）。

【选修五：有机化学基础】

环氧树脂因其具有良好的机械性能、绝缘性能以及与各种材料的粘结性能，已广泛应用于涂料和胶黏剂等领域。下面是制备一种新型环氧树脂G的合成路线：

已知以下信息：

回答下列问题：

（1）A是一种烯烃，化学名称为________，C中官能团的名称为________、________。

（2）由B生成C的反应类型为________。

（3）由C生成D的反应方程式为________。

（4）E的结构简式为________。

（5）E的二氯代物有多种同分异构体，请写出其中能同时满足以下条件的芳香化合物的结构简式________、________。

①能发生银镜反应；②核磁共振氢谱有三组峰，且峰面积比为3∶2∶1。

（6）假设化合物D、F和NaOH恰好完全反应生成1 mol单一聚合度的G，若生成的NaCl和H ₂O的总质量为765g，则G的 n值理论上应等于________。