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硼及其化合物应用广泛。回答下列问题: (1)基态B原子的价电子轨道表达式为___...

硼及其化合物应用广泛。回答下列问题:

(1)基态B原子的价电子轨道表达式为________,其第一电离能比Be ________(填“大”或“小”)。

(2)氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是________,写出一种与氨硼烷互为等电子体的分子________(填化学式)。

(3)常温常压下硼酸(H3BO3)晶体结构为层状,其二维平面结构如图a。

① B原子的杂化方式为________。从氢键的角度解释硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大:________

② 路易斯酸碱理论认为,任何可接受电子对的分子或离子叫路易斯酸,任何可给出电子对的分子或离子叫路易斯碱。从结构角度分析硼酸是路易斯酸:________

(4)立方氮化硼(BN)是特殊的耐磨和切削材料,其晶胞结构与金刚石相似,如图b所示。

① 与氮原子直接连接的硼原子构成的几何形状为________。硼原子和氮原子所连接的最小环为________元环。

晶胞有两个基本要素:

原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。如图b所示,其中原子坐标参数X为(000),Y原子的坐标参数为(1/201/2),则Z原子的坐标参数为________

晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知立方氮化硼的密度为d g∙cm3,阿伏加德罗常数值为NA,则晶胞参数a________nm。(列出计算式即可

 

小 N C2H6 sp2 硼酸分子间通过氢键缔合,加热时部分氢键被破坏。 硼酸分子中B原子有一个2p空轨道。 正四面体 六 (, , ) 【解析】(1)B原子原子核内5个质子,基态B原子电子排布式是:1s22s22p1,所以基态B原子的价电子轨道表达式为:;B原子价电子排布为2s22p1,Be原子价电子排布为2s2,虽然p能级能量较高,但根据"洪特规则",等价轨道全满或者半满或者全空是相对稳定的结构,故B第一电离能比Be小。 (2)氨硼烷(NH3BH3)中,N和B的化合价都是-3,BH3与NH3的化合价都是0,两者之间是通过配位键相连的的,B的最外层有三个电子,结合三个H原子,还缺少两个电子就达稳定结构,而N结合三个H还有一个孤电子对,所以N提供孤电子对而B提供空轨道形成配位键;等电子体具有相同的电子数目和原子数目,C2H6与氨硼烷互为等电子体。 (3)①硼原子最外层只有3个电子,与氧原子形成3对共用电子对,价层电子对为3,杂化轨道数为3,杂化类型为sp2;层内的H3BO3分子之间主要通过氢键相连,加热时部分氢键容易被破坏,所以硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大。②硼酸分子中心的B原子sp2杂化,有3个sp2和1个2p轨道,轨道总数就是4;B有3个价电子,分别在3个sp2轨道中和氧成键,那么成键数目是3;硼的电子都用掉了,所以没有孤对电子,那么就有一个空轨道,也就是2P空轨道,根据路易斯酸碱理论:任何可接受电子对的分子或离子叫路易斯酸,所以硼酸是路易斯酸。 (4)①立方氮化硼(BN)如图b,N(白色)占据立方体的8个顶点和6个面心,所以有8×+6×=4个;B(黑色)占据小立方体(八分之一个晶胞)的中心,共4个,则一个晶胞中有4个N,4个B;与氮原子直接连接的硼原子构成的几何形状为正四面体,其中氮原子在体心,4个硼原子在顶点;硼原子和氮原子所连接的最小环为六元环。②原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。如图b所示,其中原子坐标参数X为(0,0,0),Y原子的坐标参数为(1/2,0,1/2),Z为B(黑色)占据小立方体(八分之一个晶胞)的中心,可知Z处于到各个面的处,则Z原子的坐标参数为(, , )。由已知立方氮化硼的密度为d g∙cm-3,阿伏加德罗常数值为NA,晶胞参数为a,N的相对原子质量为14,B的相对原子质量为11,则根据晶胞的质量列式:d×a3=,所以a= cm=×107 nm。  
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铋(Bi)的无毒与不致癌性有很多特殊用途,其化合物广泛应用于电子、医药等领域。由辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含杂质PbO2等)制备Bi2O3的工艺如下:

回答下列问题:

(1)Bi位于元素周期表第六周期,与N、P同族,Bi的原子结构示意图为________

(2)“浸出”时Bi2S3与FeCl3溶液反应的化学方程式为________,反应液必须保持强酸性,否则铋元素会以BiOCl(碱式氯化铋)形式混入浸出渣使产率降低,原因是________(用离子方程式表示)。

(3)“置换”时生成单质铋的离子方程式为________。“母液1”中通入气体X后可循环利用,气体X的化学式为________

(4)“粗铋”中含有的杂质主要是Pb,通过熔盐电解精炼可达到除杂的目的,其装置示意图如右。电解后,阳极底部留下的为精铋。写出电极反应式:阳极________;阴极________

(5)碱式硝酸铋直接灼烧也能得到Bi2O3,上述工艺中转化为碱式碳酸铋再灼烧,除了能改良产品性状,另一优点是________。“母液2”中可回收的主要物质是________

 

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航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。

Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

水电解反应:2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

(1)将原料气按=1∶4置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示(虚线表示平衡曲线)。

① 该反应的平衡常数K随温度升高而__________(填“增大”或“减小”)。

② 温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是________

③ 200℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数Kp的计算式为________。(不必化简。用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)

(2)Sabatier反应在空间站运行时,下列措施能提高CO2转化效率的是______(填标号)。

A.适当减压

B.增大催化剂的比表面积

C.反应器前段加热,后段冷却

D.提高原料气中CO2所占比例

E.合理控制反应器中气体的流速

(3)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。

① 已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为–394 kJ∙mol-1、–242 kJ∙mol-1,Bosch反应的ΔH________kJ∙mol-1。(生成焓指一定条件下由对应单质生成1mol化合物时的反应热)

② 一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是________

③ 新方案的优点是________

 

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“84消毒液”因1984年北京某医院研制使用而得名,在日常生活中使用广泛,其有效成分是NaClO。某小组在实验室制备NaClO溶液,并进行性质探究和成分测定。

(1)该小组按上图装置进行实验,反应一段时间后,分别取B、C、D瓶的溶液进行实验,实验现象如下表。(已知饱和NaClO溶液pH为11)

实验步骤

实验现象

B瓶

C瓶

D瓶

实验1:取样,滴加紫色石蕊溶液

变红,不褪色

变蓝,不褪色

立即褪色

实验2:取样,测定溶液的pH

3

12

7

 

 

① 装置A中反应的化学方程式为________

② B瓶溶液中H+的主要来源是________

③ C瓶溶液的溶质是________(填化学式)。

④ 结合平衡移动原理解释D瓶溶液中石蕊立即褪色的原因________

(2)测定C瓶溶液中NaClO含量(单位:g·L-1)的实验步骤如下:

Ⅰ.取C瓶溶液20 mL于锥形瓶,加足量盐酸酸化,迅速加入过量KI溶液,盖紧瓶塞并在暗处充分反应。

Ⅱ.用0.1000 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定锥形瓶中的溶液,指示剂显示终点时共用去20.00 mL Na2S2O3溶液。(I2+2S2O32-==2I+S4O62-)

① 步骤总反应的离子方程式为_______,盖紧瓶塞并在暗处反应的原因是________

② C瓶溶液中NaClO的含量为________g·L-1。(保留1位小数。NaClO式量为74.5)

 

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25℃时,pH=2的HA和HB各1 mL分别加水稀释,pH随溶液体积变化如图所示。下列叙述正确的是

A. Kw的数值:a点大于c点

B. 溶液中的总酸量:a点大于b点

C. HB的电离程度:b点大于c点

D. 将a点与b点两溶液同时升高温度,则减小

 

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短周期元素WXYZ的原子序数依次增大。W的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代,X2Y2+具有相同的电子层结构,Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法错误的是

A. W与氢形成的原子比为1︰1的化合物有多种

B. X的氢化物只含有极性共价键

C. Y单质可通过电解Y的氯化物获得

D. W与Z形成化合物WZ2中各原子均满足8电子稳定结构

 

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