Question

【題目】（選修3：物質結構與性質）

工業上用合成氣(CO和H2)制取乙醇的反應為2CO+4H2CH3CH2OH+H2O。研究發現，使用TiO2作為載體負載銠基催化劑具有較高的乙醇產量。回答下列問題：

（1）Ti基態原子核外電子排布式為_______。和O同一周期且元素的第一電離能比O大的有_____(填元素符號)，和O同一周期且基態原子核外未成對電子數比O多的有____（填元素符號）。

（2）在用合成氣制取乙醇反應所涉及的4種物質中，沸點從低到高的順序為______________。

（3）工業上以CO、O2、NH3為原料，可合成氮肥尿素[CO(NH2)2]，CO(NH2)2分子中含有的σ鍵與π鍵的數目之比為_________。

（4）C元素與N元素形成的某種晶體的晶胞如圖所示(8個碳原子位于立方體的頂點，4個碳原子位于立方體的面心，4個氮原子在立方體內)，該晶體硬度超過金剛石，成為首屈一指的超硬新材料。

①該晶體的化學式為______；其硬度超過金剛石的原因是___________。

②已知該晶胞的密度為d g/cm3，N原子的半徑為r1cm，C原子的半徑為r2cm，設NA為阿伏加德羅常數，則該晶胞的空間利用率為__________________（用含d、r1、r2、NA的代數式表示）。

Answer 1

【答案】ls22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 N、F、Ne N H2<CO<CH3CH2OH<H2O 7:1 C3N4 該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大

【解析】

(1)Ti是22號元素，處于第四周期第IVB族，結合能量最低原理書寫核外電子排布式；同周期稀有氣體第一電離能最大，同周期主族元素隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，當IIA族、VA族為全充滿或半充滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的；O原子有2個未成對電子，和O同一周期且基態原子核外未成對電子數比O多，原子的未成對電子數為3，處于VA族；

(2)H2O分子中O原子形成2個OH鍵，還有2對孤電子對；CH3CH2OH分子中亞甲基(CH2)上的C原子形成4個σ鍵、沒有孤電子對，雜化軌道數目為4；

(3)氫氣為非極性分子，其它三種均為極性分子，分子之間形成氫鍵的物質，沸點相對更高，而分子之間形成氫鍵越多，沸點越高。分子極性越大、相對分子質量越大，范德華力越強，沸點越高；

(4)CO(NH2)2分子中含有1個C=O鍵、2個CN鍵、4個NH鍵，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵；

(5)①原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體硬度越大；②均攤法計算晶胞中

C、N原子數目，計算晶胞中原子總體積，結合密度計算晶胞體積，晶胞的空間利用率=×100%。

（1） 是22號元素，處于第四周期第IVB族，核外電子排布式為： ，同周期稀有氣體第一電離能最大，同周期主族元素隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，當IIA族、VA族為全充滿或半充滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的，第一電離能大于氧元素有 ；原子有2個未成對電子，和同一周期且基態原子核外未成對電子數比多，原子的未成對電子數為3，處于VA族，該元素為 元素，

故答案為：；；；

（2）為非極性分子， 為極性分子且的相對分子質量比的大，因此的范德華力比的大；與均為分子間存在氫鍵的極性分子，但水分子形成的氫鍵數目比乙醇分子多，故沸點：，

故答案為：；

（3） 分子中含有1個鍵、2個 鍵、4個 鍵，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，分子中有7個σ鍵、1個π鍵，分子中含有的σ鍵與π鍵的數目之比為7：1，

故答案為：7：1；

（4）①根據均攤原則，晶胞中原子數目為： ，原子數為4，故該晶體的化學式為,原子半徑小于碳原子半徑，故晶體中的鍵的鍵長比金剛石中的 鍵的鍵長短，鍵的鍵能大，故硬度較金剛石大；

故答案為：；該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大；

②晶胞中原子數3、原子數4，晶胞中原子總體積 ，晶胞質量 ，晶胞體積 ，晶胞的空間利用率為原子總體積除以晶胞體積， ，

故答案為：