Question

【題目】鋁及其化合物在生產生活中具有重要的作用。

(1)鋁屬于活潑金屬卻能在空氣中穩定存在，原因是（用化學用語及相關文字說明）___________

(2)鋁電池性能優越，在現代生產、生活中有廣泛的應用。鋁-空氣電池以其環保、安全而受到越來越多的關注，其原理如下圖所示。

該電池的正極反應方程式為 _____；電池中NaCl溶液的作用是 ______；以該電池為電源，用惰性電極電解Na2SO4溶液，當Al電極質量減少1.8g時，電解池陰極生成的氣體在標準狀況下的體積為_______L。

(3)AlCl3與NaN3在高溫下反應可制得高溫結構陶瓷氮化鋁(AlN)，且生成N2。NaN3晶體中陰、陽離子個數比為______，寫出反應化學方程式為___________

(4)同主族的元素應用廣泛。2019年1月3日上午，嫦娥四號探測器翩然落月，首次實現人類飛行器在月球背面的軟著陸。所搭載的“玉兔二號”月球車，通過砷化鎵（GaAs）太陽能電池提供能量進行工作。回答下列問題：

①基態Ga原子價電子排布式____，核外電子占據最高能級的電子云形狀為____；基態As原子最高能層上有____個電子。

②鎵失去電子的逐級電離能（單位：kJ/mol）的數值依次為577、1985、2962、6192，-1由此可推知鎵的主要化合價為_____和+3，砷的第一電離能比鎵_____填“大”或“小”）。

③第四周期元素中，與基態As原子核外未成對電子數目相同的元素符號為____。

④砷化鎵可由（CH3）3Ga和AsH3在700℃制得，（CH3）3Ga中C原子的雜化方式為 ______，AsH3分子的空間構型為______。

⑤相同壓強下，AsH3的沸點_______NH3（填“大于”或“小于”），原因為________。

Answer 1

【答案】4Al+ 3O2 = 2Al2O3，表面能形成致密的氧化膜，能保護內層金屬不被氧化 O2+4e-+2H2O=4OH- 增強溶液的導電能力 2.24 1：1 AlCl3+3NaN33NaCl+4N2↑+AlN 4s24p1 啞鈴形（或紡錘形） 5 +1 大 V、Co sp3 三角錐形 小于 NH3分子間含氫鍵

【解析】

鋁的化學性質比較活潑，而鋁在空氣中穩定存在是因為生成致密的氧化膜；該原電池中，負極上鋁失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，據此書寫正極反應方程式；溶液的導電性與溶液中自由離子濃度成正比；電解硫酸鈉溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，根據Al電極質量減少1.8g時結合轉移電子數相等進行計算；NaN3晶體中陰離子為N3-、陽離子為Na+，AlCl3與NaN3在高溫下反應可制得高溫結構陶瓷氮化鋁(AlN)，且生成氮氣，結合原子守恒配平書寫化學方程式；根據Ga、As的原子序數，結合原子構造原理分析解答；根據電離能差值分析元素的化合價，電離能差值過大說明失去該電子較困難，同周期元素隨原子序數增大，電離能增大；利用價層電子對互斥模型判斷原子雜化方式和分子空間構型；分子間能形成氫鍵熔沸點異常高。據此分析。

(1)鋁在空氣中穩定存在，其原因是在常溫下Al與氧氣反應，鋁表面能形成致密的氧化膜能保護內層金屬不被氧化，反應的化學方程式為：4Al+ 3O2 = 2Al2O3；答案為：4Al+ 3O2 = 2Al2O3，表面能形成致密的氧化膜，能保護內層金屬不被氧化；

(2)該原電池中，負極上鋁失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應,所以正極反應方程式為：O2+4e- +2H2O=4OH-，為了增大溶液的導電性且又不對其電池反應式造成影響而選擇氯化鈉；當Al電極質量減少1.8g時，此時轉移電子數為，所以電解硫酸鈉溶液時，陰極上氫離子放電生成氫氣的量為，則在標況下生成氣體體積為，答案為：O2+4e-+2H2O=4OH-；增強溶液的導電能力；2.24；

(3) NaN3晶體中陰離子為N3-、陽離子為Na+，晶體中陰、陽離子個數比為1：1；AlCl3與NaN3在高溫下反應可制得高溫結構陶瓷氮化鋁(AlN)，且生成氮氣，結合原子守恒書寫化學方程式為：AlCl3+3NaN33NaCl+4N2↑+AlN，答案為：1：1；AlCl3+3NaN33NaCl+4N2↑+AlN；

(4)①Ga是31號元素，位于第四周期第ⅢA族，核外電子排布式為[Ar]3d104s24p1，則價電子排布式為4s24p1，核外電子占據最高能級的電子云形狀為啞鈴形（或紡錘形）；As是33號元素，位于第四周期第ⅤA族，核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，則基態As原子最高能層上有5個電子，答案為：4s24p1；啞鈴形（或紡錘形）；5；

②根據Ga失去電子的逐級電離能數值，第一電離能和第二電離能差值較大，且第三電離能和第四電離能數值差別較大，說明失去第二個電子和失去第四個電子較困難，所以呈現的價態是+1和+3；Ga、As是同一周期元素，從左到右電離能逐漸增大，砷的第一電離能比鎵大，故答案為：+1；大；

③As的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，核外未成對電子數目為3，第四周期元素中，與基態As原子核外未成對電子數目相同的元素符號為V、Co，故答案為：V、Co；

④(CH3)3Ga中C原子的價層電子對數為4，為sp3雜化；AsH3分子中中心原子As的價層電子對數為4，有一對孤電子對，其空間構型為三角錐形，答案為：sp3；三角錐形；

⑤相同壓強下，AsH3的沸點小于NH3，因為NH3分子間能形成氫鍵，沸點異常高，答案為：小于；NH3分子間含氫鍵。