碳族元素与硼族元素

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1、碳族元素和硼族元素第1题(共6分)实验室制备少量硅一般采用镁粉还原SiO2的方法，然后用稀盐酸洗涤产品以除去杂质。某同学在进行上述操作时，在制得的产品中加HCl洗涤时突然起火。(1)请用化学方程式解释：①稀盐酸洗涤产品可除去哪些主要杂质?②为什么加HCl洗涤时突然起火?(2)请设计一个实验来验证你的解释。(不必画出装置图，也不必指出具体化学药品，不要写方程式，只要简明指出方法。)1．(共6分)(1)①2HCl+MgOH2O+MgCl22HCl+MgH2↑+MgCl2②SiO2+4MgMg2Si+2MgOMg2Si+4HClSiH4+2MgCl2SiH4+2O2SiO2+2H2O(2)在N2保护

2、下(或惰性气体)，对硅烷气体进行检验。SiH4+2KMnO4H2+K2SiO3+2MnO2↓+H2O(不要求)(方程式各1分，检验1分)第2题(8分)C60的发现开创了国际科学的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a=1420pm。在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K+填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K+和C60－存在，且C60－可近似看作与C60分子半径相同的球体。已知C的范德华半径为170pm，K+的离子半径133pm。1

3、1-1掺杂后晶体的化学式为；晶胞类型为；如果为C60－顶点，那么K+所处的位置是；处于八面体空隙中心的K+到最邻近的C60－中心的距离是pm。11-2实验表明C60掺杂K+后的晶胞参数几乎没有发生变化，试给出理由。11-3计算预测C60球内可容纳的掺杂原子的半径。第11题(8分)11-1KC60面心立方晶胞体心和棱心710pm(各1分,共4分)11-2C60分子形成面心立方最密堆积,由其晶胞参数可得C60分子的半径：所以C60分子堆积形成的八面体空隙可容纳的球半径为：r(容纳)=0.414×r(堆积)=0.414×502=208pm这个半径远大于K+的离子半径133pm，所以对C60分子堆积形

4、成的面心立方晶胞参数几乎没有影响(2分)11-3因r(C60)=502pm，所以C60球心到C原子中心的距离为：502-170=332pm所以空腔半径，即C60球内可容纳原子最大半径为：332-170=162pm第3题(共11分)2005年1月美国科学家在Science上发表论文，宣布发现了Al的超原子结构，并预言其他金属原子也可能存在类似的结构，这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现，引起了科学界的广泛关注。这种超原子是在Al的碘化物中发现的，以13个Al原子或14个Al原子形成Al13或Al14超原子结构，量子化学计算结果表明，Al13形成12个Al在表面，1个Al在中心的三

5、角二十面体结构，Al14可以看作是一个Al原子跟Al13面上的一个三角形的3个Al形成Al—Al键而获得的。文章还指出，All3和All4超原子都是具有40个价电子时最稳定。(1)根据以上信息可预测Al13和Al14的稳定化合价态分别为和。A114应具有元素周期表中哪类化学元素的性质，理由是：(2)对Al13和A114的Al—Al键长的测定十分困难，而理论计算表明，Al13和Al14中的Al—Al键长与金属铝的Al—Al键长相当，已知金属铝的晶体结构采取面心立方最密堆积，密度约为2.7g/cm3，请估算Al13和Al14：中Al—Al的键长。(3)Al13三角二十面体中有多少个四面体空隙，假设

6、为正四面体空隙，如果在其中搀杂其他原子，请通过计算估计可搀杂原子的半径最大为多少?12．(共11分)(1)－1+2(Al13-Al142+)(2分，各1分)碱土金属因为Al14容易失去2个电子而呈现+2价(1分)(2)根据晶体密度公式可得：故晶胞参数α=405pm因为金属铝形成面心立方晶胞，所以原子半径与晶胞参数之间的关系为：所以估计Al-Al键长约为：2r=2×143pm=286pm(3分)(3)有20个四面体空隙(2分)设Al的半径为R，正四面体空隙可以填充的内切球半径为r，则正四面体边长b=2R，立方体边长，立方体对角线为：所以(3分)（2003）第5题（8分） 在30oC以下，将过氧化

7、氢加到硼酸和氢氧化钠的混合溶液中，析出一种无色晶体X。组成分析证实，该晶体的质量组成为Na14.90％，B7.03%，H5.24%。加热X，得无色晶体Y。Y含Na23.0%，是一种温和的氧化剂，常温下在干燥空气里稳定，但在潮湿热空气中分解放氧，广泛用作洗涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品，也用于有机合成。结构分析证实X和Y的晶体中有同一种阴离子Z2-，该离子中硼原子的化学环境相同，而氧原子却有两种成