Question

【题目】（选修3：物质结构与性质）

工业上用合成气(CO和H2)制取乙醇的反应为2CO+4H2CH3CH2OH+H2O。研究发现，使用TiO2作为载体负载铑基催化剂具有较高的乙醇产量。回答下列问题：

（1）Ti基态原子核外电子排布式为_______。和O同一周期且元素的第一电离能比O大的有_____(填元素符号)，和O同一周期且基态原子核外未成对电子数比O多的有____（填元素符号）。

（2）在用合成气制取乙醇反应所涉及的4种物质中，沸点从低到高的顺序为______________。

（3）工业上以CO、O2、NH3为原料，可合成氮肥尿素[CO(NH2)2]，CO(NH2)2分子中含有的σ键与π键的数目之比为_________。

（4）C元素与N元素形成的某种晶体的晶胞如图所示(8个碳原子位于立方体的顶点，4个碳原子位于立方体的面心，4个氮原子在立方体内)，该晶体硬度超过金刚石，成为首屈一指的超硬新材料。

①该晶体的化学式为______；其硬度超过金刚石的原因是___________。

②已知该晶胞的密度为d g/cm3，N原子的半径为r1cm，C原子的半径为r2cm，设NA为阿伏加德罗常数，则该晶胞的空间利用率为__________________（用含d、r1、r2、NA的代数式表示）。

Answer 1

【答案】ls22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 N、F、Ne N H2<CO<CH3CH2OH<H2O 7:1 C3N4 该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大

【解析】

(1)Ti是22号元素，处于第四周期第IVB族，结合能量最低原理书写核外电子排布式；同周期稀有气体第一电离能最大，同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，当IIA族、VA族为全充满或半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；O原子有2个未成对电子，和O同一周期且基态原子核外未成对电子数比O多，原子的未成对电子数为3，处于VA族；

(2)H2O分子中O原子形成2个OH键，还有2对孤电子对；CH3CH2OH分子中亚甲基(CH2)上的C原子形成4个σ键、没有孤电子对，杂化轨道数目为4；

(3)氢气为非极性分子，其它三种均为极性分子，分子之间形成氢键的物质，沸点相对更高，而分子之间形成氢键越多，沸点越高。分子极性越大、相对分子质量越大，范德华力越强，沸点越高；

(4)CO(NH2)2分子中含有1个C=O键、2个CN键、4个NH键，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键；

(5)①原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体硬度越大；②均摊法计算晶胞中

C、N原子数目，计算晶胞中原子总体积，结合密度计算晶胞体积，晶胞的空间利用率=×100%。

（1） 是22号元素，处于第四周期第IVB族，核外电子排布式为： ，同周期稀有气体第一电离能最大，同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，当IIA族、VA族为全充满或半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，第一电离能大于氧元素有 ；原子有2个未成对电子，和同一周期且基态原子核外未成对电子数比多，原子的未成对电子数为3，处于VA族，该元素为 元素，

故答案为：；；；

（2）为非极性分子， 为极性分子且的相对分子质量比的大，因此的范德华力比的大；与均为分子间存在氢键的极性分子，但水分子形成的氢键数目比乙醇分子多，故沸点：，

故答案为：；

（3） 分子中含有1个键、2个 键、4个 键，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，分子中有7个σ键、1个π键，分子中含有的σ键与π键的数目之比为7：1，

故答案为：7：1；

（4）①根据均摊原则，晶胞中原子数目为： ，原子数为4，故该晶体的化学式为,原子半径小于碳原子半径，故晶体中的键的键长比金刚石中的 键的键长短，键的键能大，故硬度较金刚石大；

故答案为：；该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大；

②晶胞中原子数3、原子数4，晶胞中原子总体积 ，晶胞质量 ，晶胞体积 ，晶胞的空间利用率为原子总体积除以晶胞体积， ，

故答案为：