碳族元素和硼族元素

1、碳族元素和硼族元素第1题（共6分）实验室制备少量硅一般采用镁粉还原SiO2的方法，然后用稀盐酸洗涤产品以除去杂质。某同学在进行上述操作时，在制得的产品中加HCI洗涤时突然起火。（1）请用化学方程式解释： 稀盐酸洗涤产品可除去哪些主要杂质？ 为什么加HCI洗涤时突然起火？（2）请设计一个实验来验证你的解释。（不必画出装置图，也不必指出具体化学药品，不要写方程式，只要简明指出方法。）1. （共6分） 2HCI+MgO =H2O+MgCI 22HCI+Mg+MgC2 SiO2+4Mg= Mg2Si +2MgOMg 2Si+4HCI =SiH 4+2MgCI 2SiH4+2O 2SiO2+2H 2O（

2、2）在N2保护下（或惰性气体），对硅烷气体进行检验。SiH4+2KMnO 4H2+K2SQ3+2MnO 2 J + HO （不要求）（方程式各1分，检验1分）第2题（8分）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C60一存在，且C60一可近似看作与 C60分子半径相同的球体。已知C的范德华半径为 170pm,

3、 K+的离子半径133pm。11-1掺杂后晶体的化学式为 ;晶胞类型为 ;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。11-2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。11-3计算预测C60球内可容纳的掺杂原子的半径。第11题（8分）11-1 KC 60面心立方晶胞体心和棱心710pm （各1分，共4分）11-2 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：r(C60)1420502 pm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）=0.414 务堆积）=0.414 50

4、2=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方晶胞参数几乎没有影响（211-3 因r（C60）=502pm，所以C60球心到C原子中心的距离为：502-170=332 pm所以空腔半径，即C60球内可容纳原子最大半径为：332-170=162 pm第3题（共11分）2005年1月美国科学家在Scienee上发表论文，宣布发现了Al的超原子结构，并预言其他金属原子也可能存在类似的结构，这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现，引起了科学界的广泛关注。这种超原子是在 Al的碘化物中发现的，以13个Al原子或14个Al原子形成AI13或Al

5、 14 超原子结构，量子化学计算结果表明，Al 13形成12个Al在表面，1个Al在中心的三角二十面体结构， Al 14可以看作是一个 Al原子跟Al 13面上的一个三角形的 3个Al形成Al Al键而获得的。文章还指出， All3和 Al l4超原子都是具有40个价电子时最稳定。（1）根据以上信息可预测 Al 13和Al 14的稳定化合价态分别为 和。A1 14应具有元素周期表中哪类化学元素的性质，理由是： （2）对Al 13和A114的Al Al键长的测定十分困难，而理论计算表明，Al13和Al 14中的Al Al键长与金属铝的Al Al键长相当，已知金属铝的晶体结构采取面心立方最密堆积，

6、密度约为2.7g/cm3,请估算Al 13和Al 14 :中Al Al的键长。（3）Al 13三角二十面体中有多少个四面体空隙，假设为正四面体空隙，如果在其中搀杂其他原子，请通过计算估计可搀杂原子的半径最大为多少？12.（共 11 分）（1）- 1 +2 （Al 13- Al 142+） （2 分，各 1 分）碱土金属因为Al 14容易失去2个电子而呈现+2价（1分）MZ27 43（2）根据晶体密度公式可得：V方a故晶胞参数a =405pmN A 6.02 102.7因为金属铝形成面心立方晶胞，所以原子半径与晶胞参数之间的关系为：2a 4r405 pm 143 pm 2 2 所以估计 Al-A

7、l键长约为：2r=2X 143pm=286pm（3分）有20个四面体空隙（2分）设Al的半径为R,正四面体空隙可以填充的内切球半径为1立方体对角线为：（.2R） （2R）226R16R r R2所以 r （兰 1）R0.225R0.225 143 pm 32.2Pm（3 分）2（2003）第5题（8分） 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Na 14.90%, B 7.03 % , H 5.24 %。加热X,得无色晶体 Y。Y含Na 23.0%，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

8、作洗涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品，也用于有机合成。结构分析证实X和Y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 Y的最简式；NaBH2O4 （各1分；写成水合物也可）推理过程：NaB14.90/23.0 = 0.6487.03/10.8 = 0.6515.24/1.008= 5.20 72.83/16.0=4.55X变成Y是脱水过程。X为NaBH 2O4 3H2O,贝U Y中Na的质量百分数为 23/99.8 = 0.23（若X是NaBO3 4H2O,贝U Y中Na的质量分数为2

9、3/81.8=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）2-（5分；不写“ 2”不扣分。）参考图形:（2004年）第13题（9分）88.1克某过渡金属元素 M同134.4升（已换算成标准状况）一氧化碳完全反应生成反磁性四配位络合物。该配合物在一定条件下跟氧反应生成与NaCI属同一晶型的氧化物。1 推断该金属是什么；2 在一定温度下 MO可在三氧化二铝表面自发地分散并形成“单分子层”。理论上可以计算单层分散量，实验上亦能测定。（a）说明MO在三氧化二铝表面能自发分散的主要原因。（b）三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的。

10、 MO中的氧离子在三氧化二铝表面上形成密置单层。画出此模型的图形；计算MO在三氧化二铝（比表面为 178 m2/g）表面上的最大单层分散量（g/m2）（氧离子的半径为 140 pm）。1 （88.1g/MM）：（ 134.4L/22.4L mol1）= 1 : 4 （1 分）Mm = 58.7g mol1 M 是 Ni （1 分）（共 2 分）2 （a）主要原因是混乱度（熵）增加了（从表面化学键角度讨论焓变、熵变和自由能变化也可）。（1分）（b）氧离子在氧化铝表面作密置单层排列，镍离子有规律地填入三角形空隙（图）（密置层1分，填隙1分，共2分）1 个“ NiO ” 截面:（2rO2）2sin1

11、20 =（2 >140 沁0一12m）2sin 120 =6.79 X020m2 （2 分）1m2Al 2O3 表面可铺 NiO 数：1m2/6.79 > 20m2= 1.47 >019 （1 分）相当于：74.7g mol1X1.47 >019m2十 6.022 > 023 mol1= 1.82 >0一3g（NiO）/m 2（Al 2O3）（1分）（共4分）（将1个“ NiO ”截面算成6.78 >0一20 m2，相应的1m2Al 2O3表面可铺NiO数为1.48 >019,不扣分。（2006年）第11题（11分）磷化硼是一种受到高度关注的耐磨

12、涂料，它可用作金属的表面保护层。磷 化硼可由三溴化硼和三溴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。（1 分）BBr3+ PBr3+ 3H2= BP + 6HBr11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结构。BrBr（画不画磷上的孤对电子不影响得分）平面三角形三角锥（2 分）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，但不能一层空一层填）（2 分）11-4dB-p =1 3a 1 3 478pm 207pm1E L| t-=V / = V 3 x 478pm -207pni（

13、4 J4411-5画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影B原子的投影）。（用实线圆圈表示 P原子的投影，用虚线圆圈表示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 ）。（2007）第6题（12分）尿素受热生成的主要产物与 NaOH反应，得到化合物 A （三钠盐）。A与氯气反 应，得到化合物 B,分子式GN3QCI3。B是一种大规模生产的化工产品，全球年产达40万吨以上，我国年生产能力达5万吨以上。B在水中能持续不断地产生次氯酸和化合物C,因此广泛用于游泳池消毒等。10-1画出化合物A的阴离子的结构式。10-2画出化合物B的结构式并写出它与水反应的化学方

14、程式。10-3化合物C有一个互变异构体，给出 C及其互变异构体的结构式。10-4写出上述尿素受热发生反应的配平方程式。2007第7题（12分）通常，硅不与水反应，然而，弱碱性水溶液能使一定量的硅溶解，生成Si（OH）4。1-1已知反应分两步进行，试用化学方程式表示上述溶解过程。早在上世纪50年代就发现了 CH5+的存在，人们曾提出该离子结构的多种假设，然而，直至1999年,才在低温下获得该离子的振动-转动光谱，并由此提出该离子的如下结构模型：氢原子围绕着碳原子快速转动；所有C-H键的键长相等。1-2该离子的结构能否用经典的共价键理论说明？简述理由。1-3该离子是（）。A.质子酸 B.路易斯酸C

15、. 自由基 D.亲核试剂2003年5月报道，在石油中发现了一种新的烷烃分子，因其结构类似于金刚石，被称为“分子钻石”若能合成，有可能用做合成纳米材料的理想模板。该分子的结构简图如下：1-4 该分子的分子式为；1-5 该分子有无对称中心？ 1-6 该分子有几种不同级的碳原子？ 1-7 该分子有无手性碳原子？ 该分子有无手性？ 第2题（13分）化合物SOCI2是一种液态化合物，沸点77C，实验室中可用 CaSO3和PC15混合共热制备。在工业生产和化学实验中，SOCI2是一种重要的化学试剂。在盛有 10mL水的锥形瓶中小心地滴加 810滴SOCI2, 可观察到反应剧烈发生，液面上有白雾形成，并逸出

16、刺激性气味的气体。1.写出CaSO3与PCI5共热制备SOCI2的化学方程式。2 .写出SOCI2与H2O完全反应的化学方程式。3设计一些简单实验来验证你写出的化学方程式是正确的。（只需给出实验原理和现象，无须描述实 验仪器和操作）4. 工业上往往用 ZnCl 2 3H2O和S0CI2混合共热来制取无水 ZnCI2。说明该种制法可行性的原因。5. S0CI2在有机化学中作氯化剂。写出苯甲酸和S0CI2反应的化学方程式。6为了使（5）生成的有机物与混溶在其中的过量的S0CI2分离，可以采用的分离操作是 。1. CaS03 + 2PC15= CaCl2+ 2POCI3+ S0C12 （2 分）2. S0CI2+ H20 = S02 + 2HCI （ 2 分）3 .向水解产物的水溶液中通入H2S气体有淡黄色（硫磺）沉淀析出（2H2S+ S02= 3S J + 2H20）；向另一份水解产物的水溶液中加