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的價電子層電子排布nsⁿnpⁿ，C的基態(tài)原子中2p軌道有三個未成對的單電子，D是周期表中電負性數(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，其晶胞結構如圖2所示．請回答下列問題．
（1）E的氣態(tài)氧化物EO₃分子結構模型是

 

．
（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的最合理結構為

 

（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D原子周圍最近的F原子有

 

個．
（4）某科研小組為了處理污水，設計了如圖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間穩(wěn)定運行，電池的電解質組成應保持穩(wěn)定，電池工作時，循環(huán)的物質A為

 

Ⅱ裝置中負極上發(fā)生的反應

 

．
③Ⅰ裝置中碳電極是電解池的

 

極，F(xiàn)e電極上發(fā)生的反應為

 

．
④Ⅱ裝置中有0.8mol BA₄參加反應時，C電極理論上生成氣體的體積在標準狀況下為

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,位置結構性質的相互關系應用,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,化學鍵與晶體結構,電化學專題

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軌道有三個未成對的單電子，則C為N元素；D是周期表中電負性數(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，共有8個微粒，F(xiàn)位于頂點和面心，數(shù)目為8×

1

8

+6×

1

2

=4，數(shù)目比為2：1，即F為+2價，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分子價電子對數(shù)判斷；
（2）NH₃中氮氫鍵極性較強，容易產生分子間氫鍵，根據(jù)相似相容原理判斷；根據(jù)O-H鍵和N-H鍵的極性強弱判斷；
（3）根據(jù)均攤法判斷化學式，形成離子化合物，寫出電子式；計算出晶胞摩爾質量，結合密度計算出一個晶胞體積；根據(jù)晶胞結構判斷配位數(shù)；
（4）①加入適量的H₂SO₄的增大離子濃度，可提高導電性；
②燃料電池負極放電時，電極放電產生的CO₂，且能在正極氧氣放電時參與電極反應；根據(jù)燃料電池負極氣體和電解質，寫出電極反應式；
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，寫出電極反應式；
④C電極發(fā)生反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)電子守恒計算生成氣體體積．

解答： 解：（1）SO₃價電子對數(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O原子形成共價鍵，分子構型為平面三角形，
故答案為：平面三角形；
（2）NH₃空間構型為三角錐形，屬于極性分子，又由于NH₃中氮氫鍵極性較強，容易與水形成分子間氫鍵；O-H鍵極性強于N-H鍵的極性，則O帶有較多的“部分負電荷”，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，共有8個微粒，Ca²⁺位于頂點和面心，數(shù)目為8×

1

8

+6×

1

2

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

312

a

L/mol，一個晶胞體積為

312

aNA

；Ca²⁺位于

1

8

晶胞體心，周圍有4個F^-，
故答案為：；

312

aNA

；4；
（4）①加入適量的H₂SO₄的增大離子濃度，可提高導電性，故答案為：增強污水的導電性；
②燃料電池負極放電時，電極放電產生的CO₂，且能在正極氧氣放電時參與電極反應，即循環(huán)物質為CO₂；燃料電池負極氣體為CH₄和電解質為熔融碳酸鹽，電極反應式為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，寫出電極反應式為Fe-2e^-═Fe²⁺，
故答案為：陰；Fe-2e^-═Fe²⁺；
④CH₄物質的量為0.8mol，在反應CH₄-8e^-+4CO₃^2-═5CO₂+2H₂O中，轉移電子數(shù)為6.4mol，根據(jù)C電極發(fā)生反應2H⁺+2e^-=H₂↑，可知生成H₂的物質的量為3.2mol，則標況下體積為3.2mol×22.4L/mol=71.68L，
故答案為：71.68L．

點評：本題考查較為全面，涉及到分子空間構型、雜化類型的判斷以及有關晶體的計算，還涉及到燃料電池和電解池相關知識，綜合性較強，難度中等，如何判斷分子空間構型以及有關晶體計算等方法，是該題的重點和難點．