Question

【題目】鋁及其化合物在生產(chǎn)生活中具有重要的作用。

(1)鋁屬于活潑金屬卻能在空氣中穩(wěn)定存在，原因是（用化學(xué)用語及相關(guān)文字說明）___________

(2)鋁電池性能優(yōu)越，在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中有廣泛的應(yīng)用。鋁-空氣電池以其環(huán)保、安全而受到越來越多的關(guān)注，其原理如下圖所示。

該電池的正極反應(yīng)方程式為 _____；電池中NaCl溶液的作用是 ______；以該電池為電源，用惰性電極電解Na2SO4溶液，當(dāng)Al電極質(zhì)量減少1.8g時(shí)，電解池陰極生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_______L。

(3)AlCl3與NaN3在高溫下反應(yīng)可制得高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氮化鋁(AlN)，且生成N2。NaN3晶體中陰、陽離子個(gè)數(shù)比為______，寫出反應(yīng)化學(xué)方程式為___________

(4)同主族的元素應(yīng)用廣泛。2019年1月3日上午，嫦娥四號探測器翩然落月，首次實(shí)現(xiàn)人類飛行器在月球背面的軟著陸。所搭載的“玉兔二號”月球車，通過砷化鎵（GaAs）太陽能電池提供能量進(jìn)行工作�；卮鹣铝袉栴}：

①基態(tài)Ga原子價(jià)電子排布式____，核外電子占據(jù)最高能級的電子云形狀為____；基態(tài)As原子最高能層上有____個(gè)電子。

②鎵失去電子的逐級電離能（單位：kJ/mol）的數(shù)值依次為577、1985、2962、6192，-1由此可推知鎵的主要化合價(jià)為_____和+3，砷的第一電離能比鎵_____填“大”或“小”）。

③第四周期元素中，與基態(tài)As原子核外未成對電子數(shù)目相同的元素符號為____。

④砷化鎵可由（CH3）3Ga和AsH3在700℃制得，（CH3）3Ga中C原子的雜化方式為 ______，AsH3分子的空間構(gòu)型為______。

⑤相同壓強(qiáng)下，AsH3的沸點(diǎn)_______NH3（填“大于”或“小于”），原因?yàn)?/span>________。

Answer 1

【答案】4Al+ 3O2 = 2Al2O3，表面能形成致密的氧化膜，能保護(hù)內(nèi)層金屬不被氧化 O2+4e-+2H2O=4OH- 增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力 2.24 1：1 AlCl3+3NaN33NaCl+4N2↑+AlN 4s24p1 啞鈴形（或紡錘形） 5 +1 大 V、Co sp3 三角錐形 小于 NH3分子間含氫鍵

【解析】

鋁的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，而鋁在空氣中穩(wěn)定存在是因?yàn)樯�成致密的氧化膜；該原電池中，�?fù)極上鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書寫正極反應(yīng)方程式；溶液的導(dǎo)電性與溶液中自由離子濃度成正比；電解硫酸鈉溶液時(shí)，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，根據(jù)Al電極質(zhì)量減少1.8g時(shí)結(jié)合轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等進(jìn)行計(jì)算；NaN3晶體中陰離子為N3-、陽離子為Na+，AlCl3與NaN3在高溫下反應(yīng)可制得高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氮化鋁(AlN)，且生成氮?dú)�，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；根據(jù)Ga、As的原子序數(shù)，結(jié)合原子構(gòu)造原理分析解答；根據(jù)電離能差值分析元素的化合價(jià)，電離能差值過大說明失去該電子較困難，同周期元素隨原子序數(shù)增大，電離能增大；利用價(jià)層電子對互斥模型判斷原子雜化方式和分子空間構(gòu)型；分子間能形成氫鍵熔沸點(diǎn)異常高。據(jù)此分析。

(1)鋁在空氣中穩(wěn)定存在，其原因是在常溫下Al與氧氣反應(yīng)，鋁表面能形成致密的氧化膜能保護(hù)內(nèi)層金屬不被氧化，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Al+ 3O2 = 2Al2O3；答案為：4Al+ 3O2 = 2Al2O3，表面能形成致密的氧化膜，能保護(hù)內(nèi)層金屬不被氧化；

(2)該原電池中，負(fù)極上鋁失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以正極反應(yīng)方程式為：O2+4e- +2H2O=4OH-，為了增大溶液的導(dǎo)電性且又不對其電池反應(yīng)式造成影響而選擇氯化鈉；當(dāng)Al電極質(zhì)量減少1.8g時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為，所以電解硫酸鈉溶液時(shí)，陰極上氫離子放電生成氫氣的量為，則在標(biāo)況下生成氣體體積為，答案為：O2+4e-+2H2O=4OH-；增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力；2.24；

(3) NaN3晶體中陰離子為N3-、陽離子為Na+，晶體中陰、陽離子個(gè)數(shù)比為1：1；AlCl3與NaN3在高溫下反應(yīng)可制得高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氮化鋁(AlN)，且生成氮?dú)�，結(jié)合原子守恒書寫化學(xué)方程式為：AlCl3+3NaN33NaCl+4N2↑+AlN，答案為：1：1；AlCl3+3NaN33NaCl+4N2↑+AlN；

(4)①Ga是31號元素，位于第四周期第ⅢA族，核外電子排布式為[Ar]3d104s24p1，則價(jià)電子排布式為4s24p1，核外電子占據(jù)最高能級的電子云形狀為啞鈴形（或紡錘形）；As是33號元素，位于第四周期第ⅤA族，核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，則基態(tài)As原子最高能層上有5個(gè)電子，答案為：4s24p1；啞鈴形（或紡錘形）；5；

②根據(jù)Ga失去電子的逐級電離能數(shù)值，第一電離能和第二電離能差值較大，且第三電離能和第四電離能數(shù)值差別較大，說明失去第二個(gè)電子和失去第四個(gè)電子較困難，所以呈現(xiàn)的價(jià)態(tài)是+1和+3；Ga、As是同一周期元素，從左到右電離能逐漸增大，砷的第一電離能比鎵大，故答案為：+1；大；

③As的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，核外未成對電子數(shù)目為3，第四周期元素中，與基態(tài)As原子核外未成對電子數(shù)目相同的元素符號為V、Co，故答案為：V、Co；

④(CH3)3Ga中C原子的價(jià)層電子對數(shù)為4，為sp3雜化；AsH3分子中中心原子As的價(jià)層電子對數(shù)為4，有一對孤電子對，其空間構(gòu)型為三角錐形，答案為：sp3；三角錐形；

⑤相同壓強(qiáng)下，AsH3的沸點(diǎn)小于NH3，因?yàn)?/span>NH3分子間能形成氫鍵，沸點(diǎn)異常高，答案為：小于；NH3分子間含氫鍵。