Question

（2012?長寧區(qū)二模）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(yīng)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(dǎo)彈上有重要應(yīng)用）．根據(jù)題意完成下列填空：
（1）X的單質(zhì)既可與鹽酸反應(yīng)，又可與NaOH溶液反應(yīng)，X的離子結(jié)構(gòu)示意圖為

，寫出X的最高價氧化物對應(yīng)的水化物在強(qiáng)堿性溶液中主要發(fā)生的電離方程式：

Al（OH）₃=H⁺+AlO₂^-+H₂O

．
（2）石墨是最常見的碳單質(zhì)．石墨烯（如圖）是單層的石墨，發(fā)現(xiàn)它的科學(xué)家獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎．下列有關(guān)石墨烯的敘述正確的是

ag

．
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(dǎo)電，說明它是電解質(zhì)
e．石墨烯的結(jié)構(gòu)與金剛石相似
f． 石墨烯的熔點(diǎn)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(qiáng)度（強(qiáng)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

22

種不同運(yùn)動狀態(tài)的電子，有

7

種不同能量的軌道．
（4）題干中所示反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

4Al+3TiO₂+3C

電解  .

2Al₂O₃+3TiC

．

Answer 1

分析：（1）能和鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的金屬單質(zhì)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(jù)苯的結(jié)構(gòu)分析；
b．石墨烯中的碳碳鍵的鍵角不是60°；
c．石墨烯是單質(zhì)；
d．單質(zhì)既不是電解質(zhì)也不是非電解質(zhì)；
e．金剛石是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；
f．石墨烯是分子晶體，熔點(diǎn)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(yùn)動狀態(tài)，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(yīng)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(yīng)的金屬單質(zhì)是鋁，鋁是13號元素，鋁離子原子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和多個苯環(huán)相連的結(jié)構(gòu)相似，苯中各原子處于同一平面上，根據(jù)苯的結(jié)構(gòu)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(zhì)，化合價為0，故錯誤；
d．石墨烯是單質(zhì)，所以它既不是電解質(zhì)也不是非電解質(zhì)，故錯誤；
e．石墨烯是平面結(jié)構(gòu)，金剛石是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故錯誤；
f．石墨烯雖然是分子晶體，但熔點(diǎn)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(yùn)動狀態(tài)，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(yùn)動狀態(tài)，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(yīng)生成氧化鋁和碳化鈦，反應(yīng)方程式為 4Al+3TiO₂+3C

電解  .

2Al₂O₃+3TiC，故答案為：4Al+3TiO₂+3C

電解  .

2Al₂O₃+3TiC．

點(diǎn)評：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，難點(diǎn)是判斷原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的種類、能量的種類，會根據(jù)圖象分析石墨烯的結(jié)構(gòu)，難度不大．