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2017年1月27日,南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界上首个全氮阴离子盐,...

2017年1月27日,南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界上首个全氮阴离子盐,这使我国在高储能材料研制上达到世界先进水平。

(1)基态氮原子核外两种不同自旋状态的电子数之比为________________

(2)氮的单质除了N2外,还有N4、N6、N8等,现有两种结构的N4分子A和B,A的分子结构与白磷相似,其分子构型为________________;B分子中4个氮原子在同一平面上,氮原子的杂化方式为________________

(3)全氮阴离子最先制得的是N3-,写出与N3-互为等电子体的两种分子的化学式________________

(4)试从物质结构与性质的角度解释全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因________________

(5)全氮阴离子N5-为平面正五边形,称为五唑氮离子,每个N5-离子内有___个π电子,五唑氮的钠盐、钾盐很不稳定。胡教授团队合成的盐为(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl,这种盐分解温度高达116.8℃。该盐热稳定性好的主要原因是________________

(6)六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似,层间相互作用力为___________。六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼。立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似,晶胞边长为361.5pm,立方氮化硼的密度是______g/cm3(只要求列算式)。

 

2∶5(或5∶2) 正四面体形 sp2杂化 CO2 N2O 全氮化合物爆炸生成氮气,氮分子中含有氮氮三键,键能很大,非常稳定 6 五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键,又形成大量的氢键,提高了分解的能量 分子间作用力(或范德华力) 【解析】(1) 氮原子核电荷数为7,核外电子排布为1s22s22p3,基态核外两种不同自旋状态的电子数之比为2∶5(或5∶2);正确答案:2∶5(或5∶2)。 (2) 白磷为正四面体结构,A的分子结构与白磷相似,其分子构型为正四面体形;分子中4个氮原子在同一平面上,氮氮之间即存在为双键,也存在单键,所以价层电子对数为2+1=3,氮原子的杂化方式为sp2杂化;正确答案:正四面体形;sp2杂化。 (3)等电子体是指具有原子总数相同、电子总数相同的微粒,与N3-互为等电子体的两种分子可以是CO2 和N2O;正确答案:CO2 和N2O。 (4)全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因:全氮化合物爆炸生成氮气,氮分子中含有氮氮三键,键能很大,非常稳定;正确答案:全氮化合物爆炸生成氮气,氮分子中含有氮氮三键,键能很大,非常稳定。 (5) N5-的大π键上除了有5个N自身的p电子外,还有这个分子簇成为阴离子所获得的电子,所以总共有6个π电子;盐(H3O)4(NH4)2(N5)5Cl分解温度高达116.8℃,该盐热稳定性好的主要原因是:五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键,又形成大量的氢键,提高了分解的能量;正确答案:6;五唑氮离子(N5-)与H3O+、NH4+之间既形成离子键,又形成大量的氢键,提高了分解的能量。 (6) 石墨晶体中每一层中碳碳间为共价键,层与层之间为分子间作用力;立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似,所以晶胞中含有氮原子个数为8×1/8+6×1/2=4,含有硼原子个数为 4,因此,晶胞含有4个氮化硼粒子,晶胞体积为(361.5×10-10)3 cm3,晶胞质量为4×(14+11)/NAg;所以立方氮化硼的密度=(4×25/NA)÷(361.5×10-10)3g/cm3;正确答案:分子间作用力(或范德华力);(4×25/NA)÷(361.5×10-10)3。  
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氮及其化合物如NH3及铵盐、N2H4、N2O4等在中学化学、化工工业、国防等领域占有重要地位。

(1)发射航天火箭常用肼(N2H4)与N2O4作燃料与助燃剂。肼(N2H4)与N2O4的反应为2N2H4(1)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)  △H = -1077 kJ/mol

已知相关反应的化学键键能数据如下:

则使1 mol N2O4(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是__________

(2)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[α(N2O4)]随温度的变化如图所示。

①由图推测该反应△H_______0(填“>”或“<”),理由为______________

②图中a点对应温度下,己知N2O4的起始压强p0为108 kPa,则该温度下反应的平衡常数为:Kp=_____________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,取四位有效数字)。

③在一定条件下,该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系:v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与反应温度有关的常数。相应的速率-压强关系如图所示,一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1=________,在下图标出的点中,能表示反应达到平衡状态的点为______

(3)电解NO2制备NH4NO3,其工作原理如图所示。

①阳极的电极反应式为_______________________

②为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,则A的化学式为___________

 

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云南是我国的矿产资源大省,被誉为“有色金属王国”。利用某冶炼废渣(主要成分为二氧化硅和锡、铜、铅、铁的氧化物)回收锡、铜、铅的工艺流程如下图所示:

回答下列问题:

(1)电炉冶炼时,焦炭的作用是_____(填“氧化剂”或“还原剂”),将焦炭粉碎的目的是_____。熔剂的主要成分是氟石(CaF2),高温下能与 SiO2 反应生成两种钙,其中之一为 CaSiF6,该反应的化学方程式为_____

(2)脱铁后的溶液中含有少量的 Sn2+,为减少锡的损失,可用锡、铜、铅、铁多元合金回收处理,反应的离子方程式为_____

(3)已知 SnO2 不溶于稀硫酸。脱铁后氧化焙烧的目的是_____

(4)电解 CuSO4 溶液时,阳极的电极反应式为_____

(5)锡、铅渣中的铅主要以 PbSO4 存在,脱硫时发生的反应为PbSO4+HCO3-(aq) PbCO3 (s)+H+(aq)+SO4 2-(aq)。脱硫后需过滤、洗涤再进入下一步工序,检验滤渣是否洗涤干净的方法是___

(6)若该冶炼废渣中锡的质量分数为 5%,30t 废渣制得精锡 lt,则锡的回收率为_____

 

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某学习小组通过下列装置探究 MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2

实验操作和现象如下表:

实验编号

操作

现象

实验 1

按上图所示加热MnO2与FeCl3·6H2O混合物

①试管A中部分固体溶解,上方出现白雾

②稍后,产生黄色气体,管壁附着黄色液滴

③试管B中溶液变蓝

实验 2

把A中的混合物换为FeCl3·6H2O,B中溶液换为KSCN溶液,加热。

A中部分固体溶解,产生白雾和黄色气体,B中KSCN溶液变红

 

回答下列问题:

(1)实验1和实验2产生白雾的原因是___________________________

(2)实验2说明黄色气体中含有___________(填化学式)则实验1中③的现象也可能是发生了另一个离子反应,则其离子方程式为______________________________

(3)为进一步确认黄色气体中含有Cl2,该学习小组对实验1提出两种改进方案:

方案1:在A、B 间增加盛有某种试剂的洗气瓶C,结果B中溶液仍变为蓝色。

方案2:将B中淀粉KI溶液替换为NaBr溶液,结果B中溶液呈橙红色,且未检出Fe2+

则方案1中C中盛放的试剂是_________________;方案2中检验 Fe2+的试剂名称是____________,选择NaBr溶液的依据是__________________

(4)实验1充分加热后,若反应中被氧化与未被氧化的氯元素质量之比为1:2,则A中发生反应的化学方程式为____________________________

(5)该学习小组认为实验1中溶液变蓝,可能还有另外一种原因是__________。请你设计实验方案验证此猜想__________________________

 

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常温下,向1 L pH=10 NaOH溶液中持续通入CO2。通入的CO2的体积(V)与溶液中水电离出的OH 离子浓度(φ)的关系如下图所示。下列叙述不正确的是(    )

A. a点溶液中:水电离出的c( H+ )=1×10-10mol/L

B. b点溶液中:c( H+ )=c( OH- )

C. c点溶液中:c(OH-) > c(HCO3-)+c( H+ )

D. d点溶液中:c(Na+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)

 

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工业酸性废水中的Cr2O72可转化为Cr3+除去,实验室用电解法模拟该过程,结果如下表所示(实验开始时溶液体积为50 mL,Cr2O72的起始浓度、电压、电解时间均相同)。下列说法中,不正确的是(    )

实验

电解条件

阴、阳极均为石墨

阴、阳极均为石墨,滴加1 mL浓硫酸

阴极为石墨,阳极为铁,滴加1 mL浓硫酸

Cr2O72的去除率/%

0.922

12.7

57.3

 

 

A. 对比实验①②可知,降低pH可以提高Cr2O72的去除率

B. 实验中,Cr2O72在阴极放电的电极反应式是Cr2O72 + 6e+ 14H+ ==  2Cr3+ + 7H2O

C. 实验中,Cr2O72去除率提高的原因是阳极产物还原Cr2O72

D. 实验中,理论上电路中每通过3 mol电子,则有0.5 mol Cr2O72 被还原

 

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