高中化学金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系实验题

氢气、纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料已应用到社会生活和高科技领域。
⑴已知短周期金属元素A和B，其单质单位质量的燃烧热大，可用作燃料。其原子的第一至第四电离能如下表所示：

电离能(kJ/mol)	I1	I2	I3	I4
A	899.5	1757.1	14848.7	21006.6
B	738	1451	7733	10540

①根据上述数据分析， B在周期表中位于        区，其最高价应为            ；
②若某同学将B原子的基态外围电子排布式写成了ns¹np¹，违反了           原理；
③B元素的第一电离能大于Al，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
⑵氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀可用作储氢材料。
①已知金刚石中的C－C的键长为154.45pm，C₆₀中C－C键长为145~140pm，有同学据此认为C₆₀的熔点高于金刚石，你认为是否正确并阐述理由                  。
②C₆₀分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键，且每个碳原子最外层都满足8电子相对稳定结构，则C₆₀分子中σ键与π键的数目之比为       。

A、B、C、D四种元素均为短周期元素，A的最外层电子数为B最外层电子数的2倍，C的最高正价与最低负价的绝对值之差为2，A、B两元素形成的物质具有两性，C的最高价氧化物对应的水化物是强酸，D的最高价氧化物对应的水化物的碱性是短周期中碱性最强的，则：
（1）A的气态氢化物的电子式为                B离子的离子结构示意图为             
（2）D的最高价氧化物对应的水化物的化学式为          ，含有            键和
键。
（3）C单质的结构式           。

某烧碱样品含少量不与酸作用的杂质，为了测定其纯度，进行以下滴定操作：

A．在250 mL的容量瓶中定容配成250 mL烧碱溶液

B．用移液管移取25 mL烧碱溶液于锥形瓶中并滴几滴甲基橙指示剂

C．在天平上准确称取烧碱样品Wg，在烧杯中用蒸馏水溶解

D．将物质的量浓度为c的标准硫酸溶液装入酸式滴定管，调节液面，记下开始读数为V1

E．在锥形瓶下垫一张白纸，滴定至终点，记下读数V₂
回答下列各问题：
(1)正确操作步骤的顺序是   →      →    →D→   (均用字母填写)。
(2)滴定管的读数应注意
________________________________________________________________________。
(3)E中在锥形瓶下垫一张白纸的作用是
________________________________________________________________________。
(4)D步骤中液面应调节到________________________________________________________________________，尖嘴部分应_____________________________________________________________。
(5)滴定终点时锥形瓶内溶液的pH约为____________，终点时颜色变化是
________________________________________________________________________。
(6)若酸式滴定管不用标准硫酸润洗，在其他操作均正确的前提下，会对测定结果(指烧碱的纯度)有何影响？      (填“偏高”“偏低”或“不变”)。
(7)该烧碱样品纯度的计算式为_______________________________________________。

（共9分）某研究性学习小组设计了一组实验验证元素周期律。
（Ⅰ）为了用实验的方法验证镁和铝的金属性强弱，学生甲和学生乙分别设计了两种不同的方法：
方案一：学生甲用水作试剂，比较镁和铝与水反应的情况
方案二：学生乙用稀盐酸作试剂，比较镁和铝与稀盐酸反应的情况
回答下列问题：
（1）以上两实验方案实验现象较为明显的是方案             。
（2）学生乙在实验中取了一段黑色的镁带，投入稀盐酸中，现象不十分明显，请分析原因                                                      。
（3）学生内另辟蹊径，不用镁、铝的单质，而用镁、铝的可溶盐及一些其它化学试剂，进行实验也得出正确的结论，简述学生丙用的是什么方法？

（Ⅱ）学生丁设计了下图装置以验证氮、碳、硅元素的非金属性强弱。他设计的实验可直接证明三种酸的酸性强弱，已知A是强酸，常温下可与铜反应；B是块状固体；打开分液漏斗的活塞后，C中可观察到白色沉淀生成。
（1）A写出所选用物质的化学式：
A：                      ，
B：                      。
（2）写出烧杯中发生反应的离子方程式：                         。

现在V、W、X、Y、Z五种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20，其中V的一种原子的原子核内没有中子；W和Y元素原子的最外层电子数相同，且W元素原子L层电子数是K层电子数的3倍，Y元素原子最外层电子数是X元素原子最外层电子数的两倍；X、Z是金属元素，Z的核外电子排布与Ar原子相同。请回答：
（1）V是        ，X是       ，Z是          （填元素符号）
（2）Y在周期表中的位置是                          ；
（3）V和W形成V₂W型化合物的电子式为         ，所含的化学键类型为       ；
（4）用电子式表示Z和Y形成化合物的过程是                          。

为了验证镁和铝的金属性强弱，某同学欲设计实验验证。
提供的试剂有：镁带、铝条、水、盐酸、浓硫酸。
（1）所选试剂为_______________；
（2）发生反应的化学方程式为_______________；
（3）请简要叙述其操作过程及现象_______________。

有A、B、C、D四种元素，其中A元素和B元素的原子都有1个未成对电子，A⁺比B^-少一个电子层，B原子得一个电子后3p轨道全满；C原子的p轨道中有3个未成对电子，其气态氢化物在水中的溶解度是同族元素所形成的氢化物中最大的；D的最高化合价和最低化合价的代数和为4，其最高价氧化物中含D的质量分数为40％，且其核内质子数等于中子数。R是由A、D两元素形成的离子化合物，其中A与D离子数之比为2∶1。请回答下列问题：

⑴A单质、B单质、化合物R的熔点大小顺序为下列的                （填序号）：
①A单质>B单质>R；            ②R>A单质>B单质；
③B单质>R >A单质；            ④A单质>R>B单质。
⑵在CB₃分子中C元素原子的原子轨道发生的是________杂化，其固体的晶体类型为              ；
⑶写出D原子的核外价电子排布式          _，C的氢化物比D的氢化物在水中溶解度大得多的可能原因                       
                          ；
⑷右图是D和Fe形成的晶体FeD₂最小单元“晶胞”，FeD₂晶体 
中阴、阳离子数之比为             ，FeD₂物质中具有的化
学键类型为                。

本题包括A、B两小题，分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修模块的内容。请选定其中一题，并在相应的答题区域内作答。若两题都做，则按A题评分。
A．尿素（H₂NCONH₂）可用于制有机铁肥，主要代表有 [Fe(H₂NCONH₂)₆](NO₃)₃ [三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)]。
⑴基态Fe³⁺的核外电子排布式为   。C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是   。
⑵尿素分子中C、N原子的杂化方式分别是   。
⑶[Fe(H₂NCONH₂)₆](NO₃)₃中“H₂NCONH₂”与Fe(Ⅲ)之间的作用力是   。与NO₃^—互为等电子体的一种化合物是   （写化学式）。
⑷CO₂和NH₃是工业上制备尿素的重要原料，固态CO₂（干冰）的晶胞结构如右图所示。
1个CO₂分子周围等距离且距离最近的CO₂分子有   个。
②铜金合金的晶胞结构与干冰相似，若顶点为Au、面心为Cu，则铜金合金晶体中Au与Cu原子数之比为是   。

B．脱氢醋酸是一种难溶于水的低毒、高效广谱抗菌剂，可由乙酰乙酸乙酯经脱醇缩合而成，反应原理为：

实验步骤如下：
①在反应器中加入乙酰乙酸乙酯、少量催化剂和数粒沸石，在瓶口安装分馏装置。
②低温加热（不超过85℃）60~70min；然后大火加热蒸出乙醇。
③将反应液趁热倒入烧杯中，冷却到室温，有柠檬黄色晶体析出。
④将柠檬黄色晶体转移至圆底烧瓶B中，加水15mL，滴入1滴硫酸，进行水蒸气蒸馏（如图所示）。从水蒸气蒸馏液中经抽滤可分离出脱氢醋酸，再烘干即得成品。

步骤①中加入沸石的目的是   。
步骤②中，在60~70min内低温加热的目的是   ，然后大火加热蒸出乙醇的目的是   。
步骤④中水蒸气蒸馏装置中烧瓶A的作用是   ，玻璃管的作用是   。
用测得相对分子质量的方法，可以检验所得产物是否纯净，测得相对分子质量通常采用的仪器是     。

镁、铝是生活中两种常见的金属，课堂上老师演示了系列关于镁、铝性质的实验，某学习小组在组长的带领下进行归纳整理，并进行了深入的思考。
（1） “位置和结构”
①铝元素在周期表的位置是              镁原子电子式                        
（2） “基本性质”
②下列关于镁、铝及其化合物性质的说法，正确的是          （不定项选择）
A．镁在氯气中剧烈燃烧，产物中只有离子键
B．电解熔融的Al₂O₃可以制备金属铝
C．Al和MgO按照适当比列混合可做“铝热剂”，发生“铝热反应”
D．铝片放入冷的浓硝酸中，无明显现象，未发生化学反应
（3）设计实验验证“金属性：Mg > Al”
实验一：截取一段大小和形状相同的“经过一定预处理”的镁片和铝片，放入试管中，同时加入浓度和体积均相同的盐酸，观察某种实验现象，得到结论“金属性：Mg > Al”
③镁片和铝“经过一定预处理”，下列实验操作达到“预处理”效果的是       
A．用砂纸打磨镁片和铝片
B．用盐酸浸泡镁片和铝片片刻
C．用烧碱溶液浸泡镁片和铝片片刻
④通过观察某种实验现象得到结论，该实验现象是                            
实验二：如右图，甲乙试管中分别加入2ml 1mol/L MgCl₂和AlCl₃溶液，用胶滴管逐滴滴加5mol/L NaOH溶液至过量。

⑤该“对照实验”甲、乙试管中分别出现实验现象能得出“金属性：Mg > Al”
甲试管现象                          
乙试管离子方程式                           
实验三：利用原电池原理也可得出“金属性：Mg > Al”，
⑥请在右框中画出一个原电池装置图，能够通过观察实验现象判定金属性：Mg >Al
可用材料：镁片、铝片、导线，其它试剂和材料、仪器可自选。

某同学做同周期元素性质递变规律实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象如下表：

实验方案	实验现象
①用砂纸打磨后的镁带与沸水反应，再向反应液中滴加酚酞。 ②向新制的H2S饱和溶液中滴加新制的氯水 ③钠与滴有酚酞试液的冷水反应 ④镁带与2mol/L的盐酸反应 ⑤铝条与2mol/L的盐酸反应	A．浮于水面，熔成小球，四处游动，逐渐缩小，溶液变红色 B．产生气体，气体可燃，溶液变浅红色 C．反应不十分强烈，产生的气体可燃 D．剧烈反应，产生的气体可燃 E．生成淡黄色沉淀

 请你帮助该同学整理并完成实验报告
（1）实验目的：                                                              。
（2）实验用品：仪器、材料： 略   药品： 略
（3）实验内容：用序号填写下表中的实验方案，并完成相关的离子方程式

实验方案	实验现象	有关离子方程式
	A
	B	不填
	C	不填
	D	不填
	E

   （4）实验结论：____________________________________________________。
（5）请用原子结构理论解释上述结论的原因___________________________ 

某同学做元素性质递变规律实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象（见下表，表中的“实验步骤”与“实验现象”前后不一定是对应关系）。

实验步骤	实验现象
①将镁条用砂纸打磨后，放入试管中，加入少量水后，加热至水沸腾；再向溶液中滴加酚酞溶液	A．浮在水面上，熔成小球，四处游动，发出“嘶嘶”声，随之消失，溶液变成红色。
②向新制得的Na2S溶液中滴加新制的氯水	B．有气体产生，溶液变成浅红色
③将一小块金属钠放入滴有酚酞溶液的冷水中	C．剧烈反应，迅速产生大量无色气体．
④将镁条投入稀盐酸中	D．反应不十分剧烈；产生无色气体。
⑤将铝条投入稀盐酸中	E．生成白色胶状沉淀，继而沉淀消失
⑥向A1Cl3溶液中滴加NaOH溶液至过量	F．生成淡黄色沉锭。

请你帮助该同学整理并完成实验报告。
（1）实验内容：（填写与实验步骤对应的实验现象的编号和②③的化学方程式）

实验内容	①	②	③	④	⑤
实验现象（填A~F）

（2）实验②                                                               。
（3）实验③                                                                

现有A、B、C、D四种元素，A元素形成的—2价阴离子比氦原子的核外电子数多8个，B元素与A元素形成的一种化合物为淡黄色固体，该固体遇到空气能生成A的单质；C为原子核内有12个中子的金属元素，当2.4克C与足量热水反应时，在标准状况下放出气体2.24L，C形成正二价阳离子；D元素原子的M层上有7个电子。
（1）写出B、C两种元素的元素符号：B        ，C         ；
（2）画出A^2-的离子结构示意图：                          ，
指出D在周期表的位置：                             ；
（3）写出B的呈淡黄色的化合物与CO₂反应的化学方程式：                ；
（4）比较D的气态氢化物与H₂S和HF的稳定性：           （用化学式表示）；
（5）用电子式表示C与D形成化合物的过程：                             。

现有短周期元素X形成的单质A与NaOH溶液反应，
有如下转化关系：，(若产物中有水生成则省略未表示出来)。
(1)若常温常压下，A为气态，且B、C中均有X元素，则A与NaOH溶液反应的离子方程式为                          ，实验室制备A的化学方程式为                                  ；
(2)若常温常压下，A为非金属固态单质，且其在电子工业中有着重要的用途，则工业制取A化学方程式为                                   ；
(3)若A为金属，C为气体，则A 与NaOH溶液反应的离子方程式为                       
      ；其最高氧化物与NaOH溶液反应的离子方程式为                    ；
(4)由(2)和(3)中两种单质形成合金在工业、建筑业中有重要的用途。一个探究性学习小组，他们拟用该合金与足量稀硫酸的反应测定通常状况下气体摩尔体积，实验装置如下：

①装置中导管a的作用是                       ；
②实验中准确测得4个数据：实验前该合金的质量m₁ g，实验后残留固体的质量m₂ g，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V₁ mL、V₂ mL；则通常状况时气体摩尔体积V_m＝____________L·moL^-1。

下表是元素周期表的一部分，回答下列有关问题：

（1）写出下列元素符号：①________，⑥________，⑦________
（2）画出原子的结构示意图：④__________，⑧__________
（3）元素⑦与元素⑧相比，非金属性较强的是       （用元素符号表示），下列表述中能证明这一事实的是（  ）
a．常温下⑦的单质和⑧的单质状态不同
b．⑧的氢化物比⑦的氢化物稳定
c．一定条件下⑦和⑧的单质都能与氢氧化钠溶液反应
（4）第三周期(除稀有气体元素)中原子半径最大的元素是     （填序号），跟它同周   期原子半径最小的元素是    （填序号），它们可以形成       （填离子或共价）化合物，用电子式表示其形成过程下：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                 
（5）已知某元素原子最外层电子数是其次外层电子数的2倍，该元素可以与⑧形成一种AB₄型的化合物，该化合物是（填分子式）        分子的空间构型为：　　　　　   

碳族元素位于周期表中的          族，在碳族元素中，单质能作半导体材料的元素是          （填元素符号，下同），+2价化合物稳定的元素是       ，形成的气态氢化物最稳定的元素是           。