碳族元素和硼族元素

11-2 C 60分子形成面心立方最密堆积 ，由其晶胞参数可得 C 60分子的半径:

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 SiO 2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

HCI 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HCI 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。）

② SiO 2+4Mg

Mg 2Si +2MgO

Mg 2Si+4HCI ^=SiH 4+2MgCI 2 SiH 4+2O 2^=SiO 2+2H 2O

⑵ 在N 2保护下（或惰性气体），对硅烷气体进行检验。 SiH 4+2KMnO 4^=H 2+K 2SiO 3+2MnO 2 J + HO （不要求） （方程式各1分，检验1分）

第2题（8分）C 60的发现开创了国际科学的一个新领域，除 C 60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它

体为面心立方结构， 晶胞参数a=1420pm 。在C eo 中掺杂碱金属钾能生成盐， 假设掺杂后的K +

填充C eo 分子

堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以

K +

和C 60-存在，且C 60-可近似看作与C 60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 。

第11题（8分）

面心立方晶胞 体心和棱心 710pm （各1分，共4分）

1.（共6分）⑴① 2HCI+MgO H 20+MgCI 2

2HCI+Mg

H 2t +MgC 2

的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂

C 60成为当今的研究热门领域之一。经测定

C 60晶

11-1 掺杂后晶体的化学式为

;晶胞类型为

如果为C 60-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C 60

「中心的距离是

pm 。

11-2 实验表明 C 60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

C 60球内可容纳的掺杂原子的半径。

11-1 KC 60

设AI 的半径为R,正四面体空隙可以填充的内切球半径为 r,

r = — a = — 405 pm =143 pm 4 4

所以估计 AI-AI 键长约为：2r=2X 143pm=286pm (3分) ⑶有20个四面体空隙

(2分)

pm

所以C 60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 必堆积）=0.414 502=208pm

这个半径远大于 K +

的离子半径133pm ,所以对C 60分子堆积形成的面心立方晶胞参数几乎没有影响

(2

11-3 因r(C 60)=5O2pm ，所以C 60球心到C 原子中心的距离为： 502-170=332 pm 所以空腔半径，即 C 60球内可容纳原子最大半径为：

332-170=162 pm

第3题(共11分)2005年1月美国科学家在 Scienee 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

AI 的碘化物中发现的，以13个AI 原子或14个AI 原子形成AI I 3或AI I 4

超原子结构，量子化学计算结果表明， A113形成12个AI 在表面，1个AI 在中心的三角二十面体结构， AI 14

可以看作是一个 AI 原子跟AI 13面上的一个三角形的 3个AI 形成AI — AI 键而获得的。文章还指出， AI |3和

Al 14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 A113和AI I 4的稳定化合价态分别为 哪 _________ 类化学元素的性质，理由是： __________________ 。A1I 4应具有元素周期表中

⑵ 对AI 13和A114的AI — AI 键长的测定十分困难，而理论计算表明，

AI 13和AI 14中的AI — AI 键长与金属

铝的AI — AI 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/cm 3

，请估算AI 13

和Al 14 :中AI — AI 的键长。

(3) AI I 3三角二十面体中有多少个四面体空隙，假设为正四面体空隙，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）

2+

(1) — 1 +2 (AI 13-

AI 14 ) (2 分，各 1 分) 因为AI 14容易失去2个电子而呈现+2价(1分)

碱土金属

(2)根据晶体密度公式可得:

MZ 27x4

3

V 二N7 二 6.02X102S C 2.< a

故晶胞参数 a =

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:

1

立方体对角线为：[（J2R ）

2

+（2R ）2

]2

= J6R

所以 r =（竺-1）R =0.225R =0.225咒143 pm =32.2Pm （3 分）

2

（2003）第5题（8分） 在30o

C 以下，将过氧化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

Na 14.90%, B 7.03 % , H 5.24 %。加热X,得无色晶体 丫。丫

含Na 23.0%，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

Z 2-，该离子中硼原子的化学环境相同，而氧原子却有两种成键方式。

则正四面体边长b=2R ，立方体边长 J2R ,

X 和丫的晶体中有同一种阴离子

4- 1写出X 、Y

的最简式，给出推理过程。

X 的最简式; NaBH 8O 7 Y 的最简式；NaBH 2O 4 （各1分；写成水合物也可）

推理过程: Na

14.90/23.0 = 0.648 7.03/10.8 = 0.651 5.24/1.008= 5.20 72.83/16.0=4.55

X 变成丫是脱水过程。 X 为NaBH 2O 4 • 3H 2O,贝U Y 中Na 的质量百分数为 23/99.8 = 0.23

（若X 是NaBO 3 • 4H 2O ，则丫中Na 的质量分数为23/81.8=0.28不符合题意。）（1分）

4-2用最恰当的视角画出 Z 2-

离子的立体结构（原子用元素符号表示，共价键用短线表示）

2-

HO

\

I

/

”O o " \ 一^OH 0、/B W oH O

（5分；不写“ 2-”不扣分。）