Question

（12分）本題包括A、B兩小題，分別對應于“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”和“實驗化學”兩個選修模塊的內(nèi)容。請選定其中一題，并在相應的答題區(qū)域內(nèi)作答。若兩題都做，則按A題評分。

A．《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》2010年上海世博會場館，大量的照明材料或屏幕都使用了發(fā)光二極管（LED）。目前市售LED品片，材質(zhì)基本以GaAs（砷化鎵）、AlGaInP（磷化鋁鎵銦）、InGaN（氮化銦鎵）為主。砷化鎵的品胞結(jié)構(gòu)如圖10。試回答：

圖10

（1）鎵的基態(tài)原子的電子排布式是               。

（2）砷化鎵品胞中所包含的砷原子（白色球）個數(shù)為            ，與同一個鎵原子相連的砷原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為               。

（3）下列說法正確的是              （填字母）。

A．砷化鎵品胞結(jié)構(gòu)與NaCl相同

B．第一電離能：As>Ga 

C．電負性：As>Ga

D．砷化鎵晶體中含有配位鍵

E．GaP與GaAs互為等電子體

（4）N、P、As處于同一主族，其氫化物沸點由高到低的順序是               。

（5）砷化鎵可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃時制得。（CH₃）₃Ga中鎵原子的雜化方式

為                 。

B．《實驗化學》某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產(chǎn)物成分進行研究。

⑴提出假設 

①該反應的氣體產(chǎn)物是CO₂。

②該反應的氣體產(chǎn)物是CO。

③該反應的氣體產(chǎn)物是          。

⑵設計方案  如圖11所示，將一定量的氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過量炭粉完全反應，測定參加反應的碳元素與氧元素的質(zhì)量比。

圖11

⑶查閱資料

氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應。實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應制得氮氣。

請寫出該反應的離子方程式：                          。

⑷實驗步驟

①按上圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、2.00g碳粉混合均勻，放入48.48g的硬質(zhì)玻璃管中；

②加熱前，先通一段時間純凈干燥的氮氣；

③停止通入N₂后，夾緊彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水（足量）變渾濁；

④待反應結(jié)束，再緩緩通入一段時間的氮氣。冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g；

⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為2.00g。

步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為              。

⑸數(shù)據(jù)處理

試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應的化學方程式                 。 ⑹實驗優(yōu)化  學習小組有同學認為應對實驗裝置進一步完善。

①甲同學認為：應將澄清石灰水換成Ba(OH)₂溶液，其理由是                    。

②從環(huán)境保護的角度，請你再提出一個優(yōu)化方案：                              。

 

Answer 1

【答案】

 

A．《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》

（1）l s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹（或[Ar]3d¹⁰4s²4p¹）（2分）

（2）4（2分）      正四面體（2分）

（3）BCDE（2分，寫對1個得0分，寫對2～3個得1分，有錯得0分）

（4）NH₃>AsH₃>PH₃  （2分）

（5）sp²（2分）

B．《實驗化學》

⑴CO₂、CO的混合物  ⑶NH₄⁺+NO₂^—     N₂↑+2H₂O

⑷步驟②中是為了排盡空氣；步驟④是為了趕出所有的CO₂，確保完全吸收

⑸2C+Fe₂O₃     2Fe+CO↑+CO₂↑

⑹①Ba(OH)₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全；M (BaCO₃)＞M(CaCO₃)，稱量時相對誤差小。

②在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置

（每空2分，共12分）

【解析】

A．《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》

（1）根據(jù)構(gòu)造原理可知，核外電子排布式為l s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹。

（2）白球位于頂點和面心處，所以個數(shù)是8×/8＋6×1/2＝4.根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可知，空間構(gòu)型為正四面體。

（3）根據(jù)氯化鈉的晶胞可知A不正確。砷的4p是半充滿，穩(wěn)定性強，所以第一電離能大，B正確。砷的非金屬性強于鎵的，C正確.砷原子核外含有孤電子對，所以可以形成配位鍵，D正確。價電子和原子數(shù)均相同的稱為等電子體，P和As屬于同一主族，屬于等電子體，E正確。

（4）氨氣中含有氫鍵，所以沸點最高，順序為NH₃>AsH₃>PH₃。

（5）鎵原子的最外層電子數(shù)是3個，形成3個單鍵，沒有孤電子對，所以是sp²雜化。

B．《實驗化學》

（1）根據(jù)假設①②可知，假設③應該是CO₂、CO的混合物。

（3）生成物有氮氣，說明是氧化還原反應，反應式為NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。

（4）在實驗過程中應防止空氣參與反應，所以實驗前用氮氣排盡裝置中的空氣。實驗結(jié)束后，為了把生成的氣體全部排出，又需要用氮氣排盡生成的氣體。

（5）根據(jù)⑤可知生成物CO₂的物質(zhì)的量是，質(zhì)量是0.88g。根據(jù)④可知反應中生成的氣體共48.48g+3.2g+2.0g－52.24g＝1.44g，因此CO的質(zhì)量是1.44g－0.88g＝0.56g，其物質(zhì)的量是

。即CO和CO₂的體積之比是1︰1。所以反應式為2C + Fe₂O₃2Fe + CO↑ + CO₂↑。

（6）氫氧化鈣的溶解度小，溶液的濃度低，吸收CO₂的效果差。氫氧化鋇的溶解度大，吸收CO₂的效果要好。且碳酸鋇的相對分子質(zhì)量大于碳酸鈣的，稱量時誤差小。CO有毒，因此要有尾氣處理裝置。