Question

本題包括A、B兩小題，分別對應于“物質結構與性質”和“實驗化學”兩個選修模塊的內容．請選定其中一題，并在相應和答題區域內作答．若兩題都做，則按A題評分．

A．海底熱液研究（圖1）處于當今科研的前沿．海底熱液活動區域“黑煙囪”的周圍常存在FeS、黃銅礦及鋅礦等礦物．
（1）Ni²⁺的核外電子排布式是

 

．
（2）分析下表，銅的第一電離能（I₁）小于鋅的第一電離能，而銅的第二電離能（I₂）卻大于鋅的第二電離能，基主要原因是

 

．

電離能/kJ?mol-1	I1	I2
銅	746	1958
鋅	906	1733

（3）下列說法正確的是

 

．
A．電負性：N＞O＞S＞C　　　　　　　　B．CO₂與COS（硫化羰）互為等電子體
C．NH₃分子中氮原子采用sp³雜化  D．CO、H₂S、HCN都是極性分子
（4）“酸性熱液”中大量存在一價陽離子，結構如圖2，它的化學式為

 

．
（5）FeS與NaCl均為離子晶體，晶胞相似，前者熔點為985℃，后者801℃，其原因是

 

．在FeS晶胞中，與Fe²⁺距離相等且最近的S^2-圍成的多面體的空間構型為

 

．
B．制備KNO₃晶體的實質是利用結晶和重結晶法對KNO₃和NaCl的混合物進行分離．下面是某化學興趣小組的活動記錄：

	NaNO3	KNO3	NaCl	KCl
10℃	80.5	20.9	35.7	31.0
100℃	175	246	39.1	56.6

查閱資料：文獻中查得，四種鹽在不同溫度下的溶解度（S/g）如下表：
實驗方案：
Ⅰ．溶解：稱取29.8g KCl和34.0g NaNO₃放入250mL燒杯中，再加入70.0g蒸餾水，加熱并攪拌，使固體全部溶解．
Ⅱ．蒸發結晶：繼續加熱和攪拌，將溶液蒸發濃縮．在100℃時蒸發掉50.0g 水，維持該溫度，在保溫漏斗（如圖3所示）中趁熱過濾析出的晶體．得晶體m₁g．
Ⅲ．冷卻結晶：待溶液冷卻至室溫（實驗時室溫為10℃）后，進行減壓過濾．得KNO₃粗產品m₂g．
Ⅳ．重結晶：將粗產品全部溶于水，制成100℃的飽和溶液，冷卻至室溫后抽濾．得KNO₃純品．
假定：①鹽類共存時不影響各自的溶解度；②各種過濾操作過程中，溶劑的損耗忽略不計．試回答有關問題：
（1）操作Ⅱ中趁熱過濾的目的是．
（2）若操作Ⅱ中承接濾液的燒杯中不加入蒸餾水，則理論上在操作Ⅲ中可得粗產品的質量m₂=

 

g，其中混有NaCl

 

g．為防止NaCl混入，在操作Ⅱ中承接濾液的燒杯中至少應加入蒸餾水

 

g．
（3）操作Ⅲ中采用減壓過濾，其優點是

 

．該小組同學所用的裝置如圖4所示，試寫出該裝置中主要用到的玻璃儀器的名稱：

 

．若實驗過程中發現倒吸現象，應采取的措施是

 

．

Answer 1

分析：A（1）鎳屬于28號元素，二價鎳離子是鎳原子失去2個電子得到的，根據構造原理可以寫出該離子的核外電子排布式，注意原子失去電子是從外向內失；
（2）根據其結構是否穩定判斷；
（3）A、根據元素周期律判斷元素的電負性，同一周期，原子序數越大，電負性越大；同一主族，原子序數越大，電負性越小．
B、等電子體含有相同的原子和價電子數．
C、根據分子的結構判斷雜化方式．
D、根據共價化合物結構判斷分子的類型．
（4）根據圖片結合題意寫出其化學式．
（5）離子晶體中晶格能越大其熔點越高，晶格能與電荷有關，電荷越大晶格能越大．；根據氯化鈉的晶胞判斷．
B（1）根據不同溫度硝酸鉀的溶解度不同分析，溫度較低時，硝酸鉀因溶解度變小而析出．
（2）先根據氯化鉀和硝酸鈉的質量計算其物質的量，把氯化鉀和硝酸鈉的混合溶液看成氯化鈉和硝酸鉀的混合溶液；根據100℃時，氯化鈉和硝酸鉀的溶解度判斷是否析出氯化鈉和硝酸鉀及析出的固體質量；再根據10℃時氯化鈉和硝酸鉀的溶解度判斷是否有固體析出及析出的固體質量．
（3）減壓的操作優點是：可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀；根據圖片判斷所用儀器；若實驗過程中發現倒吸現象，應采取的措施是打開旋塞K．

解答：解：（1）鎳屬于28號元素，鎳原子核外有28個電子，二價鎳離子是鎳原子失去2個電子得到的，根據構造原理可以寫出該離子的核外電子排布式，Ni²⁺的核外電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d ⁸．
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸或[Ar]3d⁸．
（2）Cu失去一個電子成為Cu⁺，核外電子排布從[Ar]3d¹⁰4s¹變為[Ar]3d¹⁰能量較低的穩定結構，而Zn核外電子排布為[Ar]3d¹⁰4s²較穩定，所以Cu第一電離能較Zn小，第二電離能相對較大．
故答案為：Cu失去一個電子成為Cu⁺，核外電子排布從[Ar]3d¹⁰4s¹變為[Ar]3d¹⁰能量較低的穩定結構，而Zn核外電子排布為[Ar]3d¹⁰4s²較穩定，所以Cu第一電離能較Zn小，第二電離能相對較大．
（3）A、同一周期，原子序數越大，電負性越大；同一主族，原子序數越大，電負性越小，所以電負性大小為
O＞N＞S＞C，故A錯誤．
B、CO₂與COS（硫化羰）中原子個數相等，氧和硫的價電子數相等都是6，所以互為等電子體，故B正確．
C、NH₃分子中氮原子采用sp³雜化，構型是三角錐形，故C正確．
D、CO、H₂S、HCN都不是對稱型結構，所以都是極性分子，故D正確．
故選：BCD．
（4）根據圖片知，該離子中含有11個氫原子，5個氧原子，且是帶一個單位正電荷的離子，所以該離子為H₁₁O₅⁺．
故答案為：H₁₁O₅⁺．
（5）FeS所帶的電荷比氯化鈉的多，所以FeS晶體的晶格能比NaCl晶體晶格能大，所以FeS晶體的熔點比NaCl晶體的大；根據氯化鈉的判斷知其為正八面體．
故答案為：FeS晶體的晶格能比NaCl晶體晶格能大；正八面體．
B、（1）溫度較低時，硝酸鉀因溶解度變小而析出，為防止降溫時析出硝酸鉀而降低產率，所以要趁熱過濾．
故答案為：防止降溫時析出硝酸鉀而降低產率．
（2）①29.8g KCl的物質的量=

29.8g

74.5g/mol

=0.4mol；34.0g NaNO₃的物質的量=

34.0g

85g/mol

=0.4mol
氯化鉀和硝酸鈉不反應，所以氯化鉀和硝酸鈉的混合溶液可看作是氯化鈉和硝酸鉀的混合溶液，硝酸鉀和氯化鈉的物質的量還是0.4mol，硝酸鉀的質量為40.4g，氯化鈉的質量為23.4g．
100℃時，20g水中溶有氯化鈉的質量為39.1g×

1

5

=7.82g＜23.4g，所以析出氯化鈉的質量=23.4g-7.82g=15.58g；
20g水中溶有硝酸鉀的質量為246g×

1

5

=49.2g＞40.4g，所以硝酸鉀形成的是不飽和溶液，溶液析出的固體全部是氯化鈉，即m₁g=15.58g．
②10℃時，20g水中溶有氯化鈉的質量為35.7g×

1

5

=7.14g，所以析出氯化鈉的質量為7.82g-7.14g=0.68g；
20g水中溶有硝酸鉀的質量為20.9g×

1

5

=4.18g＜40.4g，所以析出硝酸鉀的質量為40.4g-4.18g=36.22g；
所以析出固體的總質量為0.68g+36.22g=36.9g．
10℃時，設0.68g氯化鈉溶于水得到飽和溶液所需要水的質量為x．

0.68

x

=

35.7

100

x=1.9g．
故答案為：36.9，0.68，1.90．
（3）減壓的操作優點是：可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀；
根據圖片知，所用玻璃儀器為吸濾瓶、安全瓶、抽氣泵；若實驗過程中發現倒吸現象，應采取的措施是打開旋塞K．
故答案為：加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀；吸濾瓶、安全瓶、抽氣泵；打開旋塞K．

點評：本題考查了原子核外電子排布、電負性、晶格能、物質的分離和提純等知識點，綜合性較強，難度較大，做題時注意電子排布式的書寫方法，注意由原子失去電子生成離子時核外電子的失去先后順序為：由外向內失去電子，不是根據能量失去電子．