碳硅硼竞赛试题

1、碳、硅、硼2013.5.18（2010第3题）（2010第7题）（内蒙07五，084,093,104,114）一结构1.（06第11题）（11分）磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼可由三澳化硼和三澳化磷在氢气中高温反应合成。11-1.写出合成磷化硼的化学反应方程式BBr3+PBh+3H2=BP+6HBr11-2.分别画出三澳化硼分子和三澳化磷分子的结构。PBr BrBr（画不画磷上的孤对电子不影响得分）平面三角形三角锥11-3磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。（注：填入另外四个四面体空隙也可，但不能一层空一层

2、填）11-4已知磷化硼的晶胞参数 a = 478 pm ,计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（ dB-P ）。dB-P= 173a =1J3 父 478pm = 207pm44dB-p1=3a = 207 pm411-5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示 P原子的投影，用虚线圆圈表示 B原子的投影）。2.金刚石晶胞如下图：在立方体的8个顶角处，6个面心处各有1个碳原子;另外将大立方体分为 8个小立方体，在相间的小立方体的体心处各有 1个C原子。若将金刚石晶胞中的C原子全部换为 Si原子，同时在每个C-C键中点处添一个 石SiO2的晶胞。4-1写出碳、硅原子（基态）的核外电

3、子排布式；4-2在SiO2晶体中有多少个 Si原子，多少个 O原子？4-3该晶体属什么晶系？什么晶格型式？结构基元是什么？4-4 Si原子的配位数是多少？。原子的配位数是多少？4-5假设Si、O原子间的最近距离为1.537 X 10-8 cm ,试求SiO2晶体的密度（g/cm3）.O原子，则构成了白硅（相对原子质量：O 16 , Si 28 ）4-1 C : 1s22s22p2Si :1s22s22p63s23p24-28164-3 立方晶系，面心立方晶格型式，结构基元Si2O44-443 a = 8X （1.537 X 10-8 ） 故 a=7.099 X 10-8 （cm）zM= p v

4、N78 28 16 166.02 1023X ( 7.099 X 10-8)3所以p =2.229 (g/cm 3)3.SiC具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，已成为一种重要的工程材料。其晶体具有六方ZnS型结构，晶胞参数为a=308pm,c=505pm,已知C原子的分数坐标为(0,0,0)和(2/3,1/3,1/2);Si原子的分数坐标为(0,0,1/8)和(2/3,1/3,1/8)。1) .按比例画出SiC六方晶胞。2) .每个晶胞中含有SiC个。3) .晶体中Si的堆积型式是oC填充的空隙类型是,占有率o4) .列式计算C-Si健长。72),2(1分)3) .六方最

5、密堆积四面体空隙50%(各1分)4) .(1-5/8)c=189pm(2分)4.硅酸盐在自然界中分布极广，几乎在所有的硅酸盐矿物中，Si原子都和4个O原子结合成四面体的SiO单元(图1),图中。表示“O”，。表示“SiO”)，SiO4单元既可以是分立的，也可以和其它四面体共用顶点连接各种各样的链状结构(如图2)、环状结构(图3)(1)形成硅氧四面体是硅与氧成键的一个重要特征，试再举两种含有SiO4单元的物质(要求不同种类)。(2)图1为SiO44,图2、图3所示硅酸盐离子的符号、(3)由13个正四面体结合成的环状结构Si13O3722一离子中，其中有个正四面体和另外的四面体共享2个顶点、个和另

6、外的四面体共享3(1) SiO2或H4SQ4或其它合理答案(2) Si3O10>,Si3O96(3)9个，4个5.C60的发现开创了国际科学的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a=1420pm。在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K+填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K+和C60存在，且C60可近似看作与C60分子半径相同的球体。已知C的范德华半径为170pm,K+的离子半径133Pm(1) 掺杂后晶体的化学式为;晶胞类型

7、为;如果为C60顶点，那么K+所处的位置是;处于八面体空隙中心的K+到最邻近的C60中心的距离是pm。(2) 实验表明C60掺杂K+后的晶胞参数几乎没有发生变化，试给出理由。(3) 计算预测C60球内可容纳的掺杂原子的半径。(1) KC60面心立方晶胞体心和棱心710Pm(各1分，共4分)(2) C60分子形成面心立方最密堆积，由其晶胞参数可得C60分子的半径：一、a1420r(C60)二=502pm222.2所以C60分子堆积形成的八面体空隙可容纳的球半径为：r(容纳)=0.414r依|积)=0.414502=208pm这个半径远大于K+的离子半径133pm,所以对C60分子堆积形成的面心立

8、方晶胞参数几乎没有影响(2分)(3)因r(C60)=502pm,所以C60球心到C原子中心的距离为：502-170=332pm所以空腔半径，即C60球内可容纳原子最大半径为：332-170=162pm6.(2011安徽36).(本题16分)下面的左图是钾的石墨插层化合物的晶胞图(图中大球表示K原子，小球表示C原子)，下面的右图是晶胞沿c轴方向的投影。试推出一个晶胞中有几个K原子和C原子(写出推导过程)？该插层化合物的化学式是。K层与C层之间的作用力是。K层中K原子之间的最近距离是C-C键的键长dC-C的倍。如果K层中的K原子之间的距离增加到4V73dC-C,则这种K的插层化合物的化学式是o1

9、K : 4X C : 4X（8 X C8K （ 2用图中插层化合物的化学式作反应物，写出其与水反应的两种反应的化学方程式。1+4X-2+5=1+2+5=8（个）（2分）1+12）=416=64（个）（2分）分）离子键（2分）（4）2/3（2分）KC32（2分）C8K+H2O=KOH+C8H（2分）2c8K+2H2O=Ci6（石墨）+2KOH+H2T（2分）7.最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成：c-12。口七人B2O3。）+2NH3（g）2BN（s）+3H20（g）反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似，但上、下层平行，B、N原子相互交替（见图）。层内B-N核间距为145pm,面间距为

10、333pm。请回答下列问题：试画出层状六方氮化硼的晶胞。写出晶胞中各原子的原子坐标。试计算层状六方氮化硼晶体的密度。在高压（60kbar）、高温（2000C）下，层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼，它与金刚石有类似结构。若立方氮化硼晶胞的边长为试计算立方氮化硼晶体中B-N键的键长。37.（8分）（2分）b原子（0,0,0）（1/，12）或（3）（1分）N原子（0,0,1）（9，2,0）或（"3,3,0）（1分）_2X（10.81+14.01）gmolP6.022X10mo-1X（而x1452x孝X2X333M03（Cm3=2.27g-cm3* 口哼361.5pm,（4） dB-N=

11、243a=*X361.5=156.5pm二.推断1） 均由短周期元素组成的二元化合物A与配位化合物B能在乙醴（溶剂）中反应，生成化合物C、D、E;C是一种易分解、易自燃的气体化合物，与A具有相同的空间结构；D、E在乙醴中都能溶解，但它们都是金属化合物，其中D是共价化合物，而E是离子化合物；E也能溶于水，但水溶液显酸性，电解熔融的E可用于制备其金属。2） .写出A、B、C、D、E的化学式；3） .写出A+B-C+D+E的化学方程式；4） .写出由氧化物制备A、B与水反应、C自燃的反应方程式；5） .写出D在乙醴中的存在形式；6） .用反应式表示E在水溶液中显酸性的原因。7） .请写出用另一种方法

12、制备C的反应方程式。1) .A:SiCl4B:LiAlH4C:SiH4D:AlCl3E:LiCl（各1分）2) .SiCl4+LiAlH4=LiCl+SiH4+A©3(在乙醴中)(1分)3) .SQ2+2C+2cSiCl4+2COLiAlH4+4H2O=LiOH+Al(OH)3+4H2TSiH4+3O2=SiO2+2H2O(各1分)4) .(C2H5)2。-AlCl3(1分)5) .Li+H2OLiOH+H+(1分)6) .SiO2+4Mg=Mg2Si+2MgOMg2Si+4H2O=2Mg(OH)2+SiH4T(各1分)2.下列六种化合物(A-F)中含有的元素不多于三种，且分子内所含

13、X、Y元素的质量分数及化合物的部分性质列于下表。化合物ABCDEF3(X)0.16530.20690.27810.42110.87430.20893(y)0.83470.78520.70190.533800.7911常压下tc的密度g/cm31.448(20C)1.145(-113C)1.42(-122C)-32.973X10(0C)0.68(-168C)一沸点/C5730.48.3-12-111.8145熔点/C-70.4-118-122-130-1853分子极性非极性极性极性极性非极性一根据上表有关信息回答下列问题:(1)计算化合物D的相对分子质量。(2)确定六种化合物的化学式，写出推理和

14、计算过程。(1)66.5(2分)(2)要点之一：D中所含的另一种元素的总式量为：66.5X(1-0.4211-0.5338)=3，元素的相对原子质量比3小的唯有H元素，故D分子中必有3个氢原子。(2分)要点之二：据要点之一，推定E为氢化物，设其分子式为XHn,X的相对原子质量为a,则:0.8743 0.1257a :1a=7n,经讨论,n=4,要点之三：据要点一与要点二可立即假设D为SiH 3Ya=28时符合题意。因此(1分)X为Si要点之四：设要点之五：由Y的相对原子质量为b,据3211:0.5338=1:1得b=35.5，故丫是Cl28bF中X、丫的质量分数，可求得其最简式为SiCl3,从

15、价态不难得出F的分子式为Si2Cl6D.SiH 3CI；E.SiH4；F.SizC/Mg 2B2O5 H2O来制取，先将硼镁矿用因此各物质分别为：A.SiCI4；B.SiHCl3；C.SiHzCL；3.硼是一种重要的非金属元素，单质硼可以通过硼镁矿浓NaOH处理分解，得到NaBO2,然后向浓NaBO2溶液中通入CO2调节碱度，浓缩后用结晶析出硼砂Na2B4O71OH2O，将硼砂溶于水后，用H2SO4调节酸度析出硼酸晶体，加热硼酸脱水后用镁还原得到粗单质硼.(1)写出由硼镁矿Mg2B2O5H2O制取硼的化学方程式(2)将制得的粗硼在一定条件下反应全部生成BI3,然后使BI3热分解可以得到纯净的单

16、质硼.0.20g粗硼制成的BI3分解得到的I2全部收集后，用2.00molL-1的Na2s2O3滴定，用去27.00mL溶液，求粗硼中的硼含量，(3)硼酸晶体属于离子晶体、原子晶体、分子晶体、混合晶体中的哪一种？指出硼酸中的硼采取的杂化形式，以及硼酸中的大冗键类型，(4)指出化合物H3BNH3的熔点比其等电子体H3CCH3等要高得多的原因，并画出示意图.(1) Mg2B205H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)24NaB02+2CO2+IIH2O=Na2B4O710H2O+2NaHCO3Na2B4O7I0H2O+H2SO4=Na2SO4+4H3BO3J+5H2O2H3BO3=B2O

17、3+3H2OB2O3+3Mg=2B+3MgO(2) 2Na2s2O3I22/3BI32/3B-32.00X27.00X1/3><10X10.81X100%=97.29%B%一0.2(3)分子晶体sp2杂化口46存在二氢键N-HHB,使熔点升高ClO2成为研4.ClO2是一种高效，性能优良的广谱消毒剂，但不稳定，不易储运，稳定性究的热点，目前国内外常用的稳定剂有过碳酸钠(2NaCO-HO),过硼酸钠NaB(OH)a(OOH).过碳酸钠的稳定原理是在过碳酸钠溶液中ClO2被还原成稳定的ClO2,而在过硼酸钠稳定液中并不存在大量的ClO2,但与过碳酸钠稳定液相比，过硼酸钠稳定液的pH值明

18、显下降，并有一种二价四面体型单核配位阴离子形成，该阴离子有稳定ClO2的作用(1)写出过碳酸钠稳定ClO2的离子方程式。(2)给出A离子的结构。(3)用离子方程式表示过硼酸钠溶液pH值下降的原因。(4)过硼酸阴离子的二聚倾向，影响了的吸收效率，二聚离子化学式为H的化学环境相同，给出其结构。写出B原子杂化轨道类型。(5)用硼酸吸收ClO 2不能起到稳定(1) H 2O2+2 ClO 2 +2OH =2 ClO2+2H2O +O2(2)(3) B(OH) 3(OOH)- + ClO 2 =H+ +ClO2的作用，试分析原因。L OH 2-HO-B-O-O-ClO2I 10HJH4B2Q2-,该离子

19、中B、？HHO-B-O-O-ClO2IOH2-(4)fH-O、尸0、/0-H2BB3/7、B:sp3杂化1H-OO-OO-HJ(5)硼酸在水中可发生电离：B(OH)3+H2OB(OH)4-+H+形成B(OH)4-离子比A离子更稳定，所以不容易吸收ClO25.一定条件下，等物质的量的BCl3与Hg反应，生成等物质的量的A和B;A能继续与一、一-10Hg反应，生成具有图度对称性的化合物C和B,C分子中任意两个阳!原子N间为1.7110m1） .写出上述制备C的反应方程式；2） .指出BCl3的空间构型和成键情况3） .画出C的结构4） .室温下BC13是气体（熔点12.5C）,实验检测其摩尔质量偏

20、大；进一步检测发现有新物质D存在，且D中存在2种BCl键。画出D的立体结构。5） .如果把BCl3与乙醴放在一起，检测发现B-Cl键长从增长8%,解释原因。6） .BC13与BF3都能发生水解，但两者的水解产物并不完全类似，分别写出反应方程式。7）,BCl3可由硼酊和碳粉混合后加热至600c时通入氯气反应而得。（1）写出制备反应方程式；（2）写出分离得到纯净产物的实验方法。1）,2BCl3+2Hg=B2cL+Hg2Cl2（1.5分）2B2c+4Hg=B4CI4+2Hg2Cb（1.5分）2） .平面正三角形（1分）除3个b键外还有1个叫6大n键（1分）5） .B由sp2杂化变为sp3杂化。因B缺

21、电子，有空轨道，能接受乙醴分子中O的孤对电子，形成新的化学键；（2分）6）,BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl（1分）4BF3+3H2O=3BF4+H3BO3+3H+（1分）7） .（1）B2O3+3C+3Cl2=2BC）+3CO（1分）（2）冷凝（1分）6.在30oC以下，将过氧化氢加到硼酸和氢氧化钠的混合溶液中，析出一种无色晶体X。组成分析证实，该晶体的质量组成为Na14.90%,B7.03%,H5.24%。加热X,得无色晶体丫。Y含Na23.0%,是一种温和的氧化剂，常温下在干燥空气里稳定，但在潮湿热空气中分解放氧，广泛用作洗涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品，也用于有机合成。结构分

22、析证实X和丫的晶体中有同一种阴离子Z2-,该离子中硼原子的化学环境相同，而氧原子却有两种成键方式。4-1写出X、Y的最简式，给出推理过程。X的最简式；NaBH8O7丫的最简式；NaBH2O4（各1分；写成水合物也可）推理过程：NaBHO14.90/23.0=0.6487.03/10.8=0.6515.24/1.008=5.2072.83/16.0=4.551187X变成Y是脱水过程。X为NaBH2O4-3H2O,则丫中Na的质量百分数为23/99.8=0.23（若X是NaBO3-4H2O,则Y中Na的质量分数为23/81.8=0.28不符合题意。）（1分）4-2用最恰当的视角画出Z2-离子的立体结构（原子用元素符号表示，共价键用短线表示）。7.硼是一种重要有非金属元素，单质硼可以通过硼镁矿Mg2B2O5-H2O来制取。第步：将硼镁矿用浓碱NaOH溶解，过滤得NaBO2溶液。第步：将NaBO2浓缩后通入CO2,调节碱度，结晶析出硼砂Na2B*O-10H2O第步：将硼砂溶于水后用硫酸调节酸度，过滤得H3BO3晶体。第步：加热硼酸使之脱水。第步：脱水产物用镁还原即得粗单质硼。请回答下列问题：(1)第步和第步的化学方程式分别为：(2)将制得的粗硼在一定条件下通过多步反应