Question

【題目】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）H2O分子中O原子的價層電子對數是________，CH3CH2OH分子中亞甲基(-CH2-)上的C原子的雜化形式為_______。

（3）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_________，原因是__________。

（4）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_________。

（5）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 4 sp3 H2 <CO<CH3CH2OH< H2O H2為非極性分子，CO為極性分子且CO的相對分子質量比H2的大，因此CO的范德華力比H2的大；H2O與CH3CH2OH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 7：1 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，故硬度較金剛石大

【解析】（1）Ti基態原子核外電子排布式為ls22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。和O同一周期且元素的第一電離能比O大的有N、F、Ne，和O同一周期且基態原子核外未成對電子數比O（2個未成對電子）多的只有N（3個）。

（2）H2O分子中O原子的價層電子對數是4，CH3CH2OH分子中亞甲基(-CH2-)上的C原子是飽和的C原子，所以其雜化形式為sp3。

（3）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H2 <CO<CH3CH2OH< H2O，原因是：H2為非極性分子，CO為極性分子且CO的相對分子質量比H2的大，因此CO的范德華力比H2的大；H2O與CH3CH2OH均為分子間存在氫鍵的極性分子，但水分子中有2個羥基氫原子而乙醇只有1個羥基氫原子，所以水分子之間形成的氫鍵數目比乙醇分子多。

（4）CO(NH2)2分子中含有的7個σ鍵和1個π鍵，σ鍵與π鍵的數目之比為7：1。

（5）由該晶體的晶胞結構可知，該晶胞含有的C原子數為 (8)=3個，N原子數為4個，該化合物的化學式為C3N4。

①該晶體硬度超過金剛石的原因是：該晶體是原子晶體，N原子的半徑比C原子小，所以該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，故硬度較金剛石大。

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NA個晶胞含1mol C3N4，其質量為92g，其體積為，4mol N原子的體積為，3mol C原子的體積為，所以該晶胞的空間利用率為。