以准晶体为素材编制的试题-晶体光学试题.docx

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1、以准晶体为素材编制的试题|晶体光学试题 摘要：以2022年诺贝尔化学奖及准晶体的特性为背景和材料，命制了一道化学题，并对命题思路、解题方法进行了分析，供应了参考答案。 关键词：诺贝尔化学奖；准晶体；化学试题 文章编号：10156629(2022)7006002 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 1 命题背景 诺贝尔科学奖是一年一度非常关注的重要的科技新闻之一，中学化学教化工作者最关注的就是当年的诺贝尔化学奖或医学奖，他们是每年高考命题的热点素材之一。现将2022年诺贝尔化学奖作简洁介绍，并原创几道试题供同行们教学运用。 2022年诺贝尔化学奖以色列科学家Daniel Shechtman

2、（达尼埃尔谢赫特曼）因发觉准晶体独享2022年诺贝尔化学奖。 准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体。概括的说，就是准晶体具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。 准晶体具有独特的属性，坚硬又有弹性、特别平滑，而且，与大多数金属不同的是，其导电、导热性很差，因此在日常生活中大有用武之地。科学家正在尝试将其应用于其他产品中，比如不粘锅和发光二极管等。另外，尽管准晶体的导热性很差，但因其可能将热转化为电，它们可以用作志向的热电材料，如有些科学家正在尝试用准晶体材料捕获汽车废弃的热量。 2 试题及解析 （1）11012年谢赫特曼发觉的准晶体是锰与

3、另一个短周期元素X形成的凝固态。 已知元素X与同周期Y、Z的性质如表1，锰与X在准晶体中的结合力为 ，谢赫特曼发觉的准晶体结构如图1所示，该晶体的化学式为： （看作金属互化物）；它呈 面体。 命题思路以未知元素推断为背景，依据元素性质的递变性和特别性规律，旨在考查原子结构、金属晶体结构等相关学问，原子结构及晶体学问是新课程选修3中重点内容之一。 解题 锰为25号元素，并依据能级依次确定。依据电负性，可确定Y、X是金属，Z是非金属，依据第一电离X最小，因为硼是非金属，故只能是第A族的金属铝（失去1个电子后3p全空）；因是金属晶体，粒子间的作用力金属键；从图中不难确定Al有12个，每个正三角形包含

4、的铝原子数为31/5 ，故有正三角形数目为：123/5=20。 答案1s22s22p63s23p63d54s2或Ar3d54s2；金属键；MnAl12；20 （2）一些准晶体材料非常“平滑”，例如聚四氟乙烯（Teflon）,用于制造汽车活塞等。聚四氟乙烯单体为：CF2=CF2，单体中碳原子杂化方式为： ，四氟乙烯分子中有 个键，四氟乙烯属于 分子（选填：极性、非极性），沸点：C2F4 C2Cl4（选填：，）。 命题思路以四氟乙烯及其聚合物为载体，旨在考查分子结构与分子的性质，从杂化轨道理论说明分子的形成过程以及用分子结构学问理解和说明分子的性质。学会用分子结构学问说明中学化学中诸如CO2、CS

5、2、F2、Cl2、Br2、I2、NH3、H2O、H2S等的性质显得特别重要，可起统领作用。 解题CF2=CF2与乙烯类似，碳原子实行sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，四氟乙烯分子中有4个C-F 键，1个C-C 键，C2F4是平面对称结构，C-F是极性 键但整个分子无极性；C2F4与 C2Cl4结构相像，沸点与相对分子质量成正比。 答案 sp2；5；非极性；。 （3）在古老岩石中发觉了自然准晶体化合物，该化合物由铝铜铁3种元素构成，欲分析该晶体组成，一种简洁的方法是先将该准晶体进行粉碎，然后按如下程序进行试验： （）称取38.101 g准晶体，让其与足量的NaOH溶液充分反应，在标准状况下，收

6、集到21.84 L氢气。 （）将（）反应后的浊液过滤出固体，用蒸馏水洗涤后，然后向固体中逐滴滴入6 molL-1盐酸，当盐酸加到40 mL时，固体不再溶解。 依据以上试验，试确定该准晶体的化学式。 将上述准晶体3.8101 g溶于足量的热的浓硝酸，所得气体只有NO2和N2O4，在373 K时，测得c(NO2)=0.1 molL-1,则373 K时收集到的N2O4的物质的量（已知反应2NO2 N2O4平衡常数为2.7）。 命题思路以一种超硬的准晶体材料Al65Cu23Fe12为线索，考查中学化学中的金属元素Al、Fe、Cu的化学性质，特殊是中学化学中特别重要的物质的量计算、氧化还原计算、化学平衡

7、的计算，借助一道试题突出3种计算的综合运用。 解题 3种金属中只有铝能溶于氢氧化钠溶液，发生如下反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22 mol 322.4 L n(Al) 21.84 L = ，解得n(Al)=0.65 mol 铝被溶解后，剩余的金属只有铁能溶于盐酸，其中n(HCl)=0.04 L6 molL-1=0.24 mol Fe+2HCl=FeCl2+H21 mol 2 mol n(Fe) 0.24 mol = ，解得n(Fe)=0.12 mol最终剩余的金属为铜，铜的质量m(Cu)=38.101 gm(Al)-m(Fe)=38.101 g-0.65 mol27

8、g/mol-0.12 mol56 g/mol=14.73 g n(Cu)=14.73 g64 g/mol=0.23 mol 故n(Al):n(Cu):n(Fe)=0.65 mol:0.23 mol:0.12 mol=65: 23:12，故化学式为：Al65Cu23Fe12，摩尔质量为：38.101 g0.01 mol=38101 g/mol。 n(Al65Cu23Fe12)=3.8101 g38101 g/mol=0.001 mol，由电子守恒可知，生成的二氧化氮的物质的量为0.001 mol277=0.277 mol，平衡时N2O4的浓度由K=c(N2O4)/ c2(NO2)=2.7，c(N

9、2O4)=0.027 mol/L，可知NO2起始浓度为0.1 mol/L+0.027 mol/L2=0.154 mol/L，求出体积为0.277 mol0.154 mol/L=1.800 L 所以，N2O4的物质的量为0.027 mol/L1.800 L= 0.0486 mol。 答案Al65Cu23Fe12；0.0486 mol 参考文献： 1 http:/news.省略/htmlnews/2022/10/253455.shtm（2022年诺贝尔化学奖揭晓） 2 http:/www.省略/wiki/%E5%87%86%E6%101%B6% E4%BD%93（准晶体） 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页