碳硅硼競賽試題

1、碳、硅、硼 2013.5.18（2010第3題 ）（2010第7題 ）（內(nèi)蒙07五，084，093，104，114）一結(jié)構(gòu)1.(06第11題)（11分） 磷化硼是一種受到高度關(guān)注的耐磨涂料，它可用作金屬的表面保護(hù)層。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氫氣中高溫反應(yīng)合成。11-1.寫出合成磷化硼的化學(xué)反應(yīng)方程式 BBr3PBr33H2BP6HBr 11-2.分別畫出三溴化硼分子和三溴化磷分子的結(jié)構(gòu)。 (畫不畫磷上的孤對電子不影響得分） 平面三角形 三角錐 11-3 磷化硼晶體中磷原子作立方最密堆積，硼原子填入四面體空隙中。畫出磷化硼的正當(dāng)晶胞示意圖。 ( 注：填入另外四個四面體空隙也可，但不能一層空

2、一層填）11-4 已知磷化硼的晶胞參數(shù)a = 478 pm，計算晶體中硼原子和磷原子的核間距（dB-P）。 dB-P 或 dB-Ppm 11-5 畫出磷化硼正當(dāng)晶胞沿著體對角線方向的投影（用實線圓圈表示P原子的投影，用虛線圓圈表示B原子的投影）。2.金剛石晶胞如下圖：在立方體的8 個頂角處，6個面心處各有1個碳原子； 另外將大立方體分為8個小立方體，在相間的小立方體的體心處各有1個C 原子。若將金剛石晶胞中的C原子全部換為Si 原子，同時在每個C-C鍵中點(diǎn)處添一個O原子，則構(gòu)成了白硅石SiO2的晶胞。4-1寫出碳、硅原子（基態(tài)）的核外電子排布式；4-2在SiO2晶體中有多少個Si 原子，多少個

3、O原子？4-3該晶體屬什么晶系？什么晶格型式？結(jié)構(gòu)基元是什么？4-4 Si 原子的配位數(shù)是多少？O原子的配位數(shù)是多少？4-5假設(shè)Si 、O原子間的最近距離為1.537×10-8 cm ，試求SiO2晶體的密度（g/cm3）.(相對原子質(zhì)量：O 16 ，Si 28 )4-1 C ：1s22s22p2 Si : 1s22s22p63s23p2 4-2 8 16 4-3 立方晶系 ，面心立方晶格型式，結(jié)構(gòu)基元 Si2O4 4-4 a = 8× (1.537 × 10-8 ) 故 a=7.099×10-8 (cm) Z=V =×( 7.099×

4、;10-8)3 所以 =2.229 (g/cm3 ) 3.SiC具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性及較高的高溫強(qiáng)度等特點(diǎn)，已成為一種重要的工程材料。其晶體具有六方ZnS型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a308pm，c505pm，已知C原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為（0，0，0）和（2/3，1/3，1/2）；Si原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為（0，0，1/8）和（2/3，1/3，1/8）。1）按比例畫出SiC六方晶胞。2）每個晶胞中含有SiC 個。3）晶體中Si的堆積型式是 。C填充的空隙類型是 ，占有率 。4）列式計算CSi健長。1）（2分）2）2（1分）3）六方最密堆積 四面體空隙 50%（各1分）4）(15/8)c189pm（2分）

5、4.硅酸鹽在自然界中分布極廣，幾乎在所有的硅酸鹽礦物中，Si原子都和4個O原子結(jié)合成四面體的SiO4單元（圖1），圖中表示“O”，表示“SiO”），SiO4單元既可以是分立的，也可以和其它四面體共用頂點(diǎn)連接各種各樣的鏈狀結(jié)構(gòu)（如圖2）、環(huán)狀結(jié)構(gòu)（圖3） （1）形成硅氧四面體是硅與氧成鍵的一個重要特征，試再舉兩種含有SiO4單元的物質(zhì)（要求不同種類） 。（2）圖1為SiO44，圖2、圖3所示硅酸鹽離子的符號 、 （3）由13個正四面體結(jié)合成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)Si13O3722離子中，其中有 個正四面體和另外的四面體共享2個頂點(diǎn)、 個和另外的四面體共享3個頂點(diǎn)。（1）SiO2或H4SiO4或其它合理答案

6、（2）Si3O108，Si3O96 （3）9個，4個5.C60的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了國際科學(xué)的一個新領(lǐng)域，除C60分子本身具有誘人的性質(zhì)外，人們發(fā)現(xiàn)它的金屬摻雜體系也往往呈現(xiàn)出多種優(yōu)良性質(zhì)，所以摻雜C60成為當(dāng)今的研究熱門領(lǐng)域之一。經(jīng)測定C60晶體為面心立方結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)a=1420pm。在C60中摻雜堿金屬鉀能生成鹽，假設(shè)摻雜后的K+填充C60分子堆積形成的全部八面體空隙，在晶體中以K+和C60存在，且C60可近似看作與C60分子半徑相同的球體。已知C的范德華半徑為170pm，K+的離子半徑133pm。(1) 摻雜后晶體的化學(xué)式為 ；晶胞類型為 ；如果為C60頂點(diǎn)，那么K+所處的位置是 ；處于八面體空

7、隙中心的K+到最鄰近的C60中心的距離是 pm。(2) 實驗表明C60摻雜K+后的晶胞參數(shù)幾乎沒有發(fā)生變化，試給出理由。(3) 計算預(yù)測C60球內(nèi)可容納的摻雜原子的半徑。(1) KC60 面心立方晶胞 體心和棱心 710pm (各1分,共4分)(2) C60分子形成面心立方最密堆積,由其晶胞參數(shù)可得C60分子的半徑： 所以C60分子堆積形成的八面體空隙可容納的球半徑為：r(容納)=0.414×r(堆積)=0.414×502=208pm這個半徑遠(yuǎn)大于K+的離子半徑133pm，所以對C60分子堆積形成的面心立方晶胞參數(shù)幾乎沒有影響(2分)(3) 因r(C60)=502pm，所以

8、C60球心到C原子中心的距離為：502-170=332 pm所以空腔半徑，即C60球內(nèi)可容納原子最大半徑為：332-170=162 pm6.（2011安徽36）（本題16分）下面的左圖是鉀的石墨插層化合物的晶胞圖（圖中大球表示K原子，小球表示C原子），下面的右圖是晶胞沿c軸方向的投影。 試推出一個晶胞中有幾個K原子和C原子（寫出推導(dǎo)過程）？該插層化合物的化學(xué)式是 。K層與C層之間的作用力是 。K層中K原子之間的最近距離是C-C鍵的鍵長dC-C的 倍。43如果K層中的K原子之間的距離增加到 dC-C，則這種K的插層化合物的化學(xué)式是 。用圖中插層化合物的化學(xué)式作反應(yīng)物，寫出其與水反應(yīng)的兩種反應(yīng)的化

9、學(xué)方程式。 2141K：4× +4× +5=1+2+5=8（個）（2分） 21 C：4×(8× +12)= 4×16=64（個）（2分）C8K（2分）23離子鍵（2分） （2分）KC32（2分）C8K+H2O=KOH+ C8H（2分） 2C8K+2H2O=C16（石墨）+2KOH+H2（2分）7.最簡單的二元硼氮化合物可以通過下列反應(yīng)合成：B2O3(l) + 2NH3(g) 2BN(s) + 3H2O(g)反應(yīng)產(chǎn)生的氮化硼的結(jié)構(gòu)與石墨結(jié)構(gòu)相類似，但上、下層平行，B、N原子相互交替（見圖）。層內(nèi)BN核間距為145pm，面間距為333pm。請回答下

10、列問題：試畫出層狀六方氮化硼的晶胞。寫出晶胞中各原子的原子坐標(biāo)。試計算層狀六方氮化硼晶體的密度。在高壓(60kbar)、高溫(2000)下，層狀六方氮化硼晶體可轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，它與金剛石有類似結(jié)構(gòu)。若立方氮化硼晶胞的邊長為361.5pm，試計算立方氮化硼晶體中BN鍵的鍵長。37. （8分）（2分）B原子(0,0,0) (,)或(,) （1分）N原子 (0,0, ) (,0)或(,0) （1分）dB-N=×361.5=156.5pm 二推斷1.均由短周期元素組成的二元化合物A與配位化合物B能在乙醚（溶劑）中反應(yīng)，生成化合物C、D、E；C是一種易分解、易自燃的氣體化合物，與A具有相同的

11、空間結(jié)構(gòu)；D、E在乙醚中都能溶解，但它們都是金屬化合物，其中D是共價化合物，而E是離子化合物；E也能溶于水，但水溶液顯酸性，電解熔融的E可用于制備其金屬。1）寫出A、B、C、D、E的化學(xué)式；2）寫出ABCDE的化學(xué)方程式；3）寫出由氧化物制備A、B與水反應(yīng)、C自燃的反應(yīng)方程式；4）寫出D在乙醚中的存在形式；5）用反應(yīng)式表示E在水溶液中顯酸性的原因。6）請寫出用另一種方法制備C的反應(yīng)方程式。1）A：SiCl4 B：LiAlH4 C：SiH4 D：AlCl3 E：LiCl（各1分）2）SiCl4LiAlH4LiClSiH4AlCl3（在乙醚中）（1分）3）SiO22C2Cl2SiCl42CO Li

12、AlH44H2OLiOHAl(OH)34H2SiH43O2SiO22H2O（各1分）4）(C2H5)2OAlCl3（1分）5）LiH2OLiOHH（1分）6）SiO24MgMg2Si2MgO Mg2Si4H2O2Mg(OH)2SiH4（各1分）2.下列六種化合物（AF）中含有的元素不多于三種，且分子內(nèi)所含X、Y元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及化合物的部分性質(zhì)列于下表?；衔顰BCDEF（x）0.16530.20690.27810.42110.87430.2089（y）0.83470.78520.70190.533800.7911常壓下t的密度g/cm31.448(20)1.145（-113)1.42(-122

13、)2.973×10-3(0)0.68(-168)沸點(diǎn)/5730.48.3-12-111.8145熔點(diǎn)/-70.4-118-122-130-1853分子極性非極性極性極性極性非極性根據(jù)上表有關(guān)信息回答下列問題：（） 計算化合物D的相對分子質(zhì)量。（） 確定六種化合物的化學(xué)式，寫出推理和計算過程。 (1)66.5 (2分)(2) 要點(diǎn)之一：D中所含的另一種元素的總式量為：66.5×(1-0.4211-0.5338)=3,元素的相對原子質(zhì)量比3小的唯有H元素，故D分子中必有3個氫原子。 (2分)要點(diǎn)之二：據(jù)要點(diǎn)之一，推定E為氫化物，設(shè)其分子式為XHn ,X的相對原子質(zhì)量為a,則：，

14、a=7n，經(jīng)討論，當(dāng)n=4，a=28時符合題意。因此X為Si要點(diǎn)之三：據(jù)要點(diǎn)一與要點(diǎn)二可立即假設(shè)D為SiH3Y。 (1分)要點(diǎn)之四：設(shè)Y的相對原子質(zhì)量為b,據(jù)得b=35.5，故Y是Cl 要點(diǎn)之五：由F中X、Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可求得其最簡式為SiCl3，從價態(tài)不難得出F的分子式為Si2Cl6因此各物質(zhì)分別為：A.SiCl4； B.SiHCl3； C.SiH2Cl2； D.SiH3Cl； E.SiH4； F.Si2Cl63.硼是一種重要的非金屬元素,單質(zhì)硼可以通過硼鎂礦Mg2B2O5·H2O 來制取,先將硼鎂礦用濃NaOH處理分解,得到NaBO2,然后向濃NaBO2溶液中通入CO2調(diào)節(jié)堿度,

15、濃縮后用結(jié)晶析出硼砂Na2B4O7·10H2O ,將硼砂溶于水后,用H2SO4調(diào)節(jié)酸度析出硼酸晶體,加熱硼酸脫水后用鎂還原得到粗單質(zhì)硼.(1)寫出由硼鎂礦Mg2B2O5·H2O制取硼的化學(xué)方程式 (2)將制得的粗硼在一定條件下反應(yīng)全部生成BI3,然后使BI3熱分解可以得到純凈的單質(zhì)硼.0.20g粗硼制成的BI3分解得到的I2全部收集后,用2.00 mol· L-1 的Na2S2O3 滴定,用去27.00mL 溶液,求粗硼中的硼含量,(3)硼酸晶體屬于離子晶體、原子晶體、分子晶體、混合晶體中的哪一種?指出硼酸中的硼采取的雜化形式,以及硼酸中的大鍵類型,(4)指出化合

16、物H3BNH3 的熔點(diǎn)比其等電子體H3CCH3等要高得多的原因,并畫出示意圖. (1) Mg2B2O5·H2O +2NaOH=2 NaBO2+2Mg(OH)2 4NaBO2+2 CO2 +11H2O = Na2B4O7·10H2O+2NaHCO3 Na2B4O7·10H2O+H2SO4=Na2SO4+4H3BO3 +5H2O 2H3BO3=B2O3+3H2O B2O3+3Mg=2B+3MgO2.00×27.00×1/3×103×10.810.2×100%=97.29%B%=(2) 2Na2S2O3I22/3BI32

17、/3B(3) 分子晶體 sp2 雜化 46(4)存在二氫鍵NHHB ,使熔點(diǎn)升高4.ClO2 是一種高效，性能優(yōu)良的廣譜消毒劑，但不穩(wěn)定，不易儲運(yùn)，穩(wěn)定性ClO2成為研究的熱點(diǎn)，目前國內(nèi)外常用的穩(wěn)定劑有過碳酸鈉（2Na2CO3·H2O2）,過硼酸鈉NaB(OH)3(OOH).過碳酸鈉的穩(wěn)定原理是在過碳酸鈉溶液中ClO2被還原成穩(wěn)定的ClO2，而在過硼酸鈉穩(wěn)定液中并不存在大量的ClO2，但與過碳酸鈉穩(wěn)定液相比，過硼酸鈉穩(wěn)定液的pH值明顯下降，并有一種二價四面體型單核配位陰離子形成，該陰離子有穩(wěn)定ClO2的作用。 （1）寫出過碳酸鈉穩(wěn)定ClO2 的離子方程式。（2）給出A離子的結(jié)構(gòu)。（3

18、）用離子方程式表示過硼酸鈉溶液pH值下降的原因。（4）過硼酸陰離子的二聚傾向，影響了的吸收效率，二聚離子化學(xué)式為H4B2O82-,該離子中B、H的化學(xué)環(huán)境相同，給出其結(jié)構(gòu)。寫出B原子雜化軌道類型。HOBOOClO2OHOH2- (5)用硼酸吸收ClO2不能起到穩(wěn)定ClO2的作用，試分析原因。 (1) H2O2+2 ClO2 +2OH =2 ClO2+2H2O +O2 （2）HOBOOClO2OHOH2- （3）B(OH)3(OOH)- + ClO2 =H+ + B BHOOHOHHOOOOO2-（4） B：sp3 雜化（5）硼酸在水中可發(fā)生電離：B(OH)3+H2O B(OH)4- +H+ 形

19、成B(OH)4-離子比A離子更穩(wěn)定，所以不容易吸收ClO25.一定條件下，等物質(zhì)的量的BCl3與Hg反應(yīng)，生成等物質(zhì)的量的A和B；A能繼續(xù)與Hg反應(yīng)，生成具有高度對稱性的化合物C和B，C分子中任意兩個硼原子之間為1.71×1010m。1)寫出上述制備C的反應(yīng)方程式；2)指出BCl3的空間構(gòu)型和成鍵情況3)畫出C的結(jié)構(gòu)4)室溫下BCl3是氣體（熔點(diǎn)12.5），實驗檢測其摩爾質(zhì)量偏大；進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)有新物質(zhì)D存在，且D中存在2種BCl鍵。畫出D的立體結(jié)構(gòu)。5)如果把BCl3與乙醚放在一起，檢測發(fā)現(xiàn)BCl鍵長從增長8%，解釋原因。6)BCl3與BF3都能發(fā)生水解，但兩者的水解產(chǎn)物并不完全類

20、似，分別寫出反應(yīng)方程式。7)BCl3可由硼酐和碳粉混合后加熱至600時通入氯氣反應(yīng)而得。（1）寫出制備反應(yīng)方程式；（2）寫出分離得到純凈產(chǎn)物的實驗方法。1)2BCl32HgB2Cl4Hg2Cl2（1.5分）2B2Cl44HgB4Cl42Hg2Cl2（1.5分）2)平面正三角形（1分） 除3個鍵外還有1個46大鍵（1分）3)（1分）4)5)B由sp2雜化變?yōu)閟p3雜化。因B缺電子，有空軌道，能接受乙醚分子中O的孤對電子，形成新的化學(xué)鍵；（2分）6)BCl33H2OH3BO33HCl（1分） 4BF33H2O3BF4H3BO33H（1分）7)（1）B2O33C3Cl22BCl33CO（1分）（2）

21、冷凝（1分）6.在30oC以下，將過氧化氫加到硼酸和氫氧化鈉的混合溶液中，析出一種無色晶體X。組成分析證實，該晶體的質(zhì)量組成為Na 14.90，B 7.03 %，H 5.24 %。加熱X，得無色晶體Y。Y含Na 23.0%，是一種溫和的氧化劑，常溫下在干燥空氣里穩(wěn)定，但在潮濕熱空氣中分解放氧，廣泛用作洗滌劑、牙膏、織物漂白劑和美發(fā)產(chǎn)品，也用于有機(jī)合成。結(jié)構(gòu)分析證實X和Y的晶體中有同一種陰離子Z2-，該離子中硼原子的化學(xué)環(huán)境相同，而氧原子卻有兩種成鍵方式。41 寫出X、Y的最簡式，給出推理過程。 X的最簡式；NaBH8O7 Y的最簡式；NaBH2O4 (各1分；寫成水合物也可) 推理過程： Na

22、 B H O 14.90/23.0 = 0.648 7.03/10.8 = 0.651 5.24/1.008= 5.20 72.83/16.0=4.55 11 8 7 X變成Y是脫水過程。X為NaBH2O4·3H2O, 則Y中Na的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為23/99.8 = 0.23 （若X是NaBO3·4H2O，則Y中Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23/81.8=0.28 不符合題意。） (1分)42 用最恰當(dāng)?shù)囊暯钱嫵鯶2-離子的立體結(jié)構(gòu)（原子用元素符號表示，共價鍵用短線表示）。 7.硼是一種重要有非金屬元素，單質(zhì)硼可以通過硼鎂礦Mg2B2O5·H2O 來制取。第步：將硼鎂礦用濃堿NaOH溶解，過濾得NaBO2 溶液。第步：將NaBO2濃縮后通入CO2 ，調(diào)節(jié)堿度，結(jié)晶析出硼砂Na2B4O7·10H2O 。第步：將硼砂溶于水后用硫酸調(diào)節(jié)酸度，過濾得H3BO3 晶體。第步: 加熱硼酸使之脫水。第步：脫水產(chǎn)物用鎂還原即得粗單質(zhì)硼。請回答下列問題：（1）第步和第步的化學(xué)方程式分別為： （2）將制得的粗硼在一定條件下通過多步反應(yīng)生成BI3,然后BI3 熱分解可以得到純凈的單質(zhì)硼。將0.20g粗硼制成的BI3分解的得到的I2全部收集后，用2.00 mol&#