Question

短周期中常見金屬X、石墨和二氧化鈦（TiO₂）按比例混合，高溫下反應得到的化合物均由兩種元素組成，且都是新型陶瓷材料（在火箭和導彈上有重要應用）．根據題意完成下列填空：
（1）X的單質既可與鹽酸反應，又可與NaOH溶液反應，X的離子結構示意圖為    ，寫出X的最高價氧化物對應的水化物在強堿性溶液中主要發生的電離方程式：    ．
（2）石墨是最常見的碳單質．石墨烯（如圖）是單層的石墨，發現它的科學家獲得了2010年諾貝爾物理學獎．下列有關石墨烯的敘述正確的是    ．
a．石墨烯分子中所有原子可以處于同一平面
b．石墨烯中的碳碳鍵的鍵角是60°
c．石墨烯中碳原子的化合價為+3
d．石墨烯可導電，說明它是電解質
e．石墨烯的結構與金剛石相似
f． 石墨烯的熔點很低
g．從石墨剝離得石墨烯需克服范德華力
（3）鈦是目前金屬材料中比強度（強度與密度的比值）最大的金屬．其外圍電子排布為：3d²4s²，可見，鈦原子核外有    種不同運動狀態的電子，有    種不同能量的軌道．
（4）題干中所示反應的化學方程式為：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）能和鹽酸和氫氧化鈉溶液反應的金屬單質是鋁，鋁是13號元素，其最外層有3個電子，鋁原子易失去3個電子生成鋁離子；鋁的最高價氧化物的水化物是氫氧化鋁，氫氧化鋁在堿性溶液中以酸的形式電離；
（2）a．根據苯的結構分析；
b．石墨烯中的碳碳鍵的鍵角不是60°；
c．石墨烯是單質；
d．單質既不是電解質也不是非電解質；
e．金剛石是空間網狀結構；
f．石墨烯是分子晶體，熔點不很低；
g．分子晶體中分子間存在分子間作用力；
（3）原子核外有多少個電子就有多少種運動狀態，有多少種能級就有多少種不同能量的軌道；
（4）高溫條件下，鋁、石墨和二氧化鈦反應生成氧化鋁和碳化鈦．
解答：解：（1）能和鹽酸和氫氧化鈉溶液反應的金屬單質是鋁，鋁是13號元素，鋁離子原子結構示意圖為：，鋁的最高價氧化物的水化物是氫氧化鋁，氫氧化鋁在堿性溶液中的電離方程式為：Al（OH）₃=H⁺+AlO₂^-+H₂O，故答案為：，Al（OH）₃=H⁺+AlO₂^-+H₂O；
（2）a．石墨烯的結構和多個苯環相連的結構相似，苯中各原子處于同一平面上，根據苯的結構知，
石墨烯分子中所有原子可以處于同一平面，故正確；
b．石墨烯中的碳碳鍵的鍵角是120°，故錯誤；
c．石墨烯是單質，化合價為0，故錯誤；
d．石墨烯是單質，所以它既不是電解質也不是非電解質，故錯誤；
e．石墨烯是平面結構，金剛石是空間網狀結構，故錯誤；
f．石墨烯雖然是分子晶體，但熔點不很低，故錯誤；
g．石墨屬于分子晶體，分子間存在分子間作用力，所以從石墨剝離得石墨烯需克服范德華力，故正確；
故選ag；
（3）原子核外有多少個電子就有多少種運動狀態，有多少種能級就有多少種不同能量的軌道，鈦是22號元素，其核外有22個電子，所以有22種運動狀態，有1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s共7種不同能量的軌道，故答案為：22；7；
（4）高溫條件下，鋁、石墨和二氧化鈦反應生成氧化鋁和碳化鈦，反應方程式為 4Al+3TiO₂+3C2Al₂O₃+3TiC，故答案為：4Al+3TiO₂+3C2Al₂O₃+3TiC．
點評：本題考查物質結構和性質，難點是判斷原子核外電子運動狀態的種類、能量的種類，會根據圖象分析石墨烯的結構，難度不大．