Question

7．我國釩鈦磁鐵礦儲量較大，是世界上產釩大國，釩（nV）被稱為“觀代工業味精”可添加在鋼鐵中．并以鈦-鋁-釩合金的形式用航天領域．釩的化合物也十分有用．被廣泛用來做催化劑、燃料及電池等．請完成下列問題．
（1）釩的基態原子電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²釩元素的最高化合價為+5
（2）V₂O₅是-種常見的催化劑．在合成硫酸、硝酸、鄰苯二甲酸酐、乙烯．丙烯中．均使用五氧化二釩作催化劑．

V₂O₅的結構簡式如圖I所示．其分子中含有6個σ鍵，4個π鍵；工業上用鋁熱反應冶煉釩的反應方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V在該反應涉及到的元素中．電負性最大的是O
（3）鄰苯二甲酸酐的結構簡式如圖Ⅱ所示．在分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，共面的碳原子共有8個
（4）在丙烯（CH₃CH=CH₂）分子中含有2種類型的共價鍵；丙烯和乙烯都屬于分子晶體，其中沸點較高的是丙烯
（5）釩的某種氧化物的晶胞結構如圖Ⅲ所示，該氧化物的化學式為VO₂；在晶胞中V原子的配位數為6，若晶胞邊長為a nm，列式表示氧化釩晶體的密度$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-9}）^{3}}$g．cm^-3．

Answer 1

分析 （1）釩原子核外電子數為23，根據能量最低原理書寫核外電子排布式，最高正化合價等于價電子數目；
（2）單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵；鋁熱反應本質是置換反應，鋁熱反應冶煉釩，還生成氧化鋁；非金屬性越強，電負性越大；
（3）苯環和酯基中C原子均形成3個σ鍵，均沒有孤對電子，碳原子雜化軌道數目為3；苯環為平面結構，酯基為平面結構；
（4）在丙烯（CH₃CH=CH₂）分子中碳原子之間形成非極性鍵，C原子與H原子之間形成極性鍵；丙烯和乙烯都屬于分子晶體，相對分子質量越大沸點越高；
（5）根據均攤法計算晶胞中V、O原子數目，進而確定化學式，由圖可知晶胞中V原子配位數為6；結合原子數目表示出晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）釩原子核外電子數為23，根據能量最低原理，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，價電子排布式為3d³4s²，最高正化合價為+5價，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²；+5；
（2）單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，V₂O₅分子中含有6個σ鍵，4個π鍵，鋁熱反應本質是置換反應，鋁熱反應冶煉釩，還生成氧化鋁，反應方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V，O元素的非金屬性最強，故O元素的電負性最大，
故答案為：6；6；10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V；O；
（3）苯環和酯基中C原子均形成3個σ鍵，均沒有孤對電子，碳原子雜化軌道數目為3，碳原子采取sp²雜化；苯環為平面結構，酯基為平面結構，所有的8個碳原子均處于同一平面內，
故答案為：sp²雜化；8；
（4）在丙烯（CH₃CH=CH₂）分子中碳原子之間形成非極性鍵，C原子與H原子之間形成極性鍵；丙烯和乙烯都屬于分子晶體，丙烯的相對分子質量大，分子間作用力越大，丙烯的沸點比乙烯的高，
故答案為：2；分子；丙烯；
（5）晶胞中V原子數目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，O原子數目為2+4×$\frac{1}{2}$=4，則該晶體化學式為VO₂，由圖可知晶胞體內V原子與周圍的6個O原子相鄰，V原子配位數為6；晶胞質量為$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}}$，若晶胞邊長為a nm，則氧化釩晶體的密度為$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}}$÷（a×10^-9 nm）³=$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-9}）^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：VO₂；6；$\frac{2×（51+32）}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-9}）^{3}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、化學鍵、雜化方式、晶體類型與性質、晶胞結構與計算等，側重考查對基礎知識的應用，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．