【化学 ― 选修 3 物质结构与性质】
氮的化合物在无机化工领域有着重要的地位。请回答下列问题：
（1）基态氮原子的价电子排布图为 。
（2）氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成：已知其阴离子构型为平面正三角形，则其阳离子的构型为 形，阳离子中氮的杂化方式为 。
（3）某氮铝化合物X具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，广泛用于陶瓷工业等领域。工业上用氮气、氧化铝和碳在一定条件下反应生成CO和X (X的晶体结构如图所示），工业制备 X 的化学方程式为 。
（4）X晶体中包含的化学键类型为 （填字母标号）。
| A．离子键 | B．共价键 | C．配位键 | D．金属键 |
（5）已知氮化硼与X晶体类型相同，且氮化硼的熔点比X高，其原因是 。
（6）若X的密度为ρg/cm3，则晶体中最近的两个Al 原子的距离为 cm （阿伏加德罗常数用 NA表示，不必化简）。
工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产硫酸亚铁溶液，进而可制备绿矾(FeSO4·7H2O)、硫酸亚铁铵［(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O］(俗称莫尔盐)等重要试剂。生产硫酸亚铁溶液的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）加入少量NaHCO3，调节溶液pH的目的是__________________________。
（2）硫酸亚铁溶液在空气中久置容易变质，用离子方程式表示其变质的原因：_____。
（3）若向所得FeSO4溶液中加入少量3 moL• L-1 H2SO4溶液，再加入饱和(NH4)2SO4溶液，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作后得到硫酸亚铁铵晶体［(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O］(俗称莫尔盐)。硫酸亚铁铵较绿矾稳定，在氧化还原滴定分析中常用来配制Fe2+的标准溶液。现取0.352g Cu2S和CuS的混合物在酸性溶液中用40.00 mL0.150 mol•L-1 KMnO4溶液处理，发生反应如下：
8MnO4－＋5Cu2S＋44H＋＝10Cu2＋＋5SO2↑＋8Mn2＋＋22H2O
6MnO4－＋5CuS＋28H＋＝5Cu2＋＋5SO2↑＋6Mn2＋＋14H2O
反应后煮沸溶液，剩余的KMnO4恰好与50.00mL 0.200 mol•L-1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应。
①配平离子方程式：MnO4－＋Fe2＋＋H＋——Mn2＋＋Fe3+＋H2O
②Cu2S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150 mol•L-1 KMnO4溶液处理后，溶液需煮沸的原因是：_______________________________________________。
③实验室配制500mL 3 moL• L-1 H2SO4溶液，需要质量分数为98%，密度为1.84g• mL-1硫酸的体积为__________ mL。（保留1位小数）
④试计算混合物中CuS的质量分数（写出计算过程）。
科学家认为，氢气是一种高效而无污染的理想能源，近20年来，对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展。
（1）为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是 。（选填字母）
| A．电解水 | B．锌和稀硫酸反应 |
| C．光解海水 | D．分解天然气 |
（2）用水分解获得氢气的能量变化如图所示，表示使用催化剂是曲线 。该反应为 (放热还是吸热)反应。
（3）1g的氢气完全燃烧生成液态水释放出142.9kJ的热量.写出其完全燃烧的热化学方程式： 。
（4）氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行下图所示实验：
上图装置中，某一铜电极的质量减轻 6.4g ，则 a 极上消耗的O2在标准状况下的体积为 L。
某化工集团为了提高资源利用率减少环境污染，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链。其主要工艺如下：
（1）写出工业上电解食盐水反应的化学方程式 。
（2）写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式： 。
（3）已知：①Mg(s) ＋Cl2(g)＝MgCl2(s)；ΔH＝－641 kJ·mol－1
②Ti(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(s)；ΔH＝－770 kJ·mol－1
则2Mg(s)＋TiCl4(g)＝2MgCl2(s)＋Ti(s)；ΔH＝ ，反应2Mg＋TiCl4
2MgCl4＋Ti在Ar气氛中进行的理由是 。
（4）以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池中正极上的电极反应式是 ，负极区的pH (填“增大”、“减小”、“不变”)。
采用32%~35%的FeCl3溶液腐蚀印刷线路板上的金属铜，腐蚀废液中主要含有CuCl2、FeCl2和HCl等溶质。
（1）用FeCl3溶液溶解印刷线路板上金属铜的化学方程式为 。
（2）工业上用铁粉回收腐蚀废液中的铜,方法如下：
①用铁粉回收铜的操作为：加入过量铁粉，充分搅拌，过滤、洗涤、 。
②科学家对铁置换铜的工艺有如下研究：
分别在a、b、c三种条件下回收腐蚀废液中的铜，取充分反应后的粉末各3.000 g分别放入甲、乙、丙三个烧杯中，再加入100 mL 0.5mol·L－1的硫酸，水浴加热（70 ℃），搅拌，进行除铁处理。分别在第10、20、30、40、50 min时，用吸管移取0.5 g左右的铜试样于试管内，测定铜粉中铁的含量（质量分数），其结果如下图所示。
你认为除铁效果最好的是 （填“a”、“b”或“c”），其原因是 。
（3）工业上可用腐蚀废液制备CuCl2·2H2O，从而进行对废液的利用，其工艺流程如下：
部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
| 沉淀物 |
Fe(OH)3 |
Fe(OH)2 |
Cu(OH)2 |
| 开始沉淀 |
2.3 |
7.5 |
4.7 |
| 完全沉淀 |
4.1 |
9.7 |
6.7 |
试剂A最好应选用 （填写字母代号），理由是 。
a．浓硫酸 b．Cl2 c．NaClO d．NaOH溶液
H＋+Cl－+ HClO，其平衡常数表达式为K＝ 。
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