Question

7．我國(guó)釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量較大，是世界上產(chǎn)釩大國(guó)，釩（nV）被稱為“觀代工業(yè)味精”可添加在鋼鐵中．并以鈦-鋁-釩合金的形式用航天領(lǐng)域．釩的化合物也十分有用．被廣泛用來(lái)做催化劑、燃料及電池等．請(qǐng)完成下列問(wèn)題．
（1）釩的基態(tài)原子電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²釩元素的最高化合價(jià)為+5
（2）V₂O₅是-種常見(jiàn)的催化劑．在合成硫酸、硝酸、鄰苯二甲酸酐、乙烯．丙烯中．均使用五氧化二釩作催化劑．

V₂O₅的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖I所示．其分子中含有6個(gè)σ鍵，4個(gè)π鍵；工業(yè)上用鋁熱反應(yīng)冶煉釩的反應(yīng)方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V在該反應(yīng)涉及到的元素中．電負(fù)性最大的是O
（3）鄰苯二甲酸酐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖Ⅱ所示．在分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，共面的碳原子共有8個(gè)
（4）在丙烯（CH₃CH=CH₂）分子中含有2種類型的共價(jià)鍵；丙烯和乙烯都屬于分子晶體，其中沸點(diǎn)較高的是丙烯
（5）釩的某種氧化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖Ⅲ所示，該氧化物的化學(xué)式為VO₂；在晶胞中V原子的配位數(shù)為6，若晶胞邊長(zhǎng)為a nm，列式表示氧化釩晶體的密度$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-9}）^{3}}$g．cm^-3．

Answer 1

分析 （1）釩原子核外電子數(shù)為23，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫核外電子排布式，最高正化合價(jià)等于價(jià)電子數(shù)目；
（2）單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵；鋁熱反應(yīng)本質(zhì)是置換反應(yīng)，鋁熱反應(yīng)冶煉釩，還生成氧化鋁；非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性越大；
（3）苯環(huán)和酯基中C原子均形成3個(gè)σ鍵，均沒(méi)有孤對(duì)電子，碳原子雜化軌道數(shù)目為3；苯環(huán)為平面結(jié)構(gòu)，酯基為平面結(jié)構(gòu)；
（4）在丙烯（CH₃CH=CH₂）分子中碳原子之間形成非極性鍵，C原子與H原子之間形成極性鍵；丙烯和乙烯都屬于分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大沸點(diǎn)越高；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中V、O原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式，由圖可知晶胞中V原子配位數(shù)為6；結(jié)合原子數(shù)目表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）釩原子核外電子數(shù)為23，根據(jù)能量最低原理，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，價(jià)電子排布式為3d³4s²，最高正化合價(jià)為+5價(jià)，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²；+5；
（2）單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，V₂O₅分子中含有6個(gè)σ鍵，4個(gè)π鍵，鋁熱反應(yīng)本質(zhì)是置換反應(yīng)，鋁熱反應(yīng)冶煉釩，還生成氧化鋁，反應(yīng)方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V，O元素的非金屬性最強(qiáng)，故O元素的電負(fù)性最大，
故答案為：6；6；10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V；O；
（3）苯環(huán)和酯基中C原子均形成3個(gè)σ鍵，均沒(méi)有孤對(duì)電子，碳原子雜化軌道數(shù)目為3，碳原子采取sp²雜化；苯環(huán)為平面結(jié)構(gòu)，酯基為平面結(jié)構(gòu)，所有的8個(gè)碳原子均處于同一平面內(nèi)，
故答案為：sp²雜化；8；
（4）在丙烯（CH₃CH=CH₂）分子中碳原子之間形成非極性鍵，C原子與H原子之間形成極性鍵；丙烯和乙烯都屬于分子晶體，丙烯的相對(duì)分子質(zhì)量大，分子間作用力越大，丙烯的沸點(diǎn)比乙烯的高，
故答案為：2；分子；丙烯；
（5）晶胞中V原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O原子數(shù)目為2+4×$\frac{1}{2}$=4，則該晶體化學(xué)式為VO₂，由圖可知晶胞體內(nèi)V原子與周圍的6個(gè)O原子相鄰，V原子配位數(shù)為6；晶胞質(zhì)量為$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}}$，若晶胞邊長(zhǎng)為a nm，則氧化釩晶體的密度為$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}}$÷（a×10^-9 nm）³=$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-9}）^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：VO₂；6；$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-9}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、化學(xué)鍵、雜化方式、晶體類型與性質(zhì)、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，側(cè)重考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．