Question

5．自然界存在的元素中，丰度最大的是非金属．80%以上的非金属在现代技术包括能源、功能材料等领域占有极为重要的地位．
（1）工业制硫酸中SO₂转化为SO₃的催化剂常用V₂O₅．
①写出V的基态价电子排布式3d³4s²．
②反应物SO₂分子中S原子的杂化轨道类型为sp²杂化．
③将催化剂V₂O₅加入到NaOH溶液中，可生成Na₃VO₄，该盐阴离子的立体构型为正四面体
（2）高温陶瓷材料Si₃N₄晶体中键角N-Si-N＞Si-N-Si（填“＞”“＜”或“=”），原因是Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N-Si-N键角为109°28′，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大，使得Si-N-Si键角小于109°28′
（3）硼酸（H₃BO₃）为白色粉末状晶体，分子中非羟基氧原子数为0，则其结构式为．
（4）下列物质的结构或性质与氢键有关的是abd．
a．常温常压下H₂S、H₂Se、H₂Te都是气体，只有水以液态存在
b．DNA的双螺旋结构较稳定
c．乙醚（CH₃CH₂-O-CH₂CH₃）易挥发
d．乙醇与水以任意比互溶
（5）储氢材料镧镍合金晶胞结构如图所示：已知镧镍合金LaNi_n晶胞体积为8.5×10^-23cm³，储氢后形成LaNi_nH_4.5的合金（氢进入晶胞空隙，体积不变），则LaNi_n中，n=5（填数值）；氢在合金中的密度为0.26g•cm^-3（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）①V元素原子核外电子数为23，位于第四周期ⅢB族；
②SO₂分子中S原子的价层电子对数=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3，杂化轨道数目为3；
③VO₄^3-中价层电子对数为4，为正四面体结构；
（2）Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大；
（3）H₃BO₃分子中非羟基氧原子数为0，则B原子连接3个-OH；
（4）a．水分子之间形成氢键；
b．DNA的双螺旋结构中存在氢键而较稳定；
c．乙醚分子之间不能形成氢键；
d．乙醇分子与水分子之间形成氢键；
（5）根据均摊法计算晶胞中La、Ni原子数目，计算二者原子数目之比可得LaNi_nH_4.5中n的值，再结合化学式计算晶胞中H原子数目，表示出晶胞中H原子总质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算氢在合金中的密度．

解答 解：（1）①V元素原子核外电子数为23，位于第四周期ⅢB族，基态价电子排布式为3d³4s²，
故答案为：3d³4s²；
②SO₂分子中S原子的价层电子对数=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3，杂化轨道数目为3，S原子的杂化轨道类型为sp²杂化，
故答案为：sp²杂化；
③VO₄^3-中价层电子对数为4，为正四面体结构；
（2）Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N-Si-N键角为109°28′，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大，使得Si-N-Si键角小于109°28′，
故答案为：＞；Si₃N₄晶体中Si原子周围有4个N原子，Si原子为sp³杂化，N-Si-N键角为109°28′，N原子周围连接3个Si原子，含有1对孤对电子，N原子为sp³杂化，但孤对电子对成键电子对的排斥作用更大，使得Si-N-Si键角小于109°28′；
（3）H₃BO₃分子中非羟基氧原子数为0，则B原子连接3个-OH，其结构式为：，
故答案为：；
（4）a．水分子之间形成氢键，常温下为液体，而H₂S、H₂Se、H₂Te分子之间为范德华力，为气体，故a正确；
b．DNA的双螺旋结构中存在氢键而较稳定，故b正确；
c．乙醚分子之间不能形成氢键，由于范德华力较弱，易挥发，故c错误；
d．乙醇分子与水分子之间形成氢键，与水以任意比互溶，故d正确，
故选：abd；
（5）由图可知，晶胞中La原子数目为2×$\frac{1}{2}$+12×$\frac{1}{6}$=3，Ni原子数目为6+18×$\frac{1}{2}$=15，储氢后形成LaNi_nH_4.5的合金（氢进入晶胞空隙，体积不变），故1：n=3：15，则n=5，晶胞中H原子数目为4.5×3=13.5，晶胞体积为9.5×10^-23cm³，氢在合金中的密度为$\frac{13.5}{6.02×1{0}^{23}}$g÷8.5×10^-23cm³=0.26g•cm^-3，
故答案为：5；0.26g•cm^-3．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化轨道与空间构型、价层电子对互斥理论、氢键、晶胞计算等，（4）中注意顶点原子为6个晶胞共用，利用均摊法计算解答，难度中等．